Diplomski Rad
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE
DIPLOMSKI RAD
Marin Antolović
Zagreb, 2018. SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE
DIPLOMSKI RAD
Mentor: Student:
Doc. dr. sc. Goran Šagi Marin Antolović
Zagreb, 2018./2019. Izjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno koristeći znanja stečena tijekom studija i navedenu literaturu.
Zahvaljujem se svojem mentoru, doc. dr. sc. Goranu Šagiju, na iskazanom strpljenju, na vremenu kojeg je uvijek odvojio kada je bilo potrebno, pomoći i savjetima pri pisanju ovog diplomskog rada.
Veliko hvala mojim roditeljima, majci Mirandi i ocu Milanu, sestri Jasmini, baki Josipi te djevojci Ani na financijskoj i moralnoj potpori tijekom studiranja i nesebičnoj i bezuvjetnoj vjeri u moj uspjeh.
Marin Antolović
Marin Antolović Diplomski rad
SADRŽAJ
SADRŽAJ ...... I
POPIS SLIKA ...... IV POPIS TABLICA ...... VIII POPIS TEHNIČKE DOKUMENTACIJE ...... X POPIS OZNAKA ...... XI POPIS KRATICA ...... XV
SAŽETAK ...... XVI SUMMARY ...... XVII 1. UVOD ...... 1 1.1. Niskopodni minibus ...... 2 1.2. Hibridni, električni minibus ...... 4 2. Analiza stabilnosti, upravljivosti i performansi niskopodnog minibusa ...... 7 2.1. Simulacijski alat CarSim ...... 7 2.2. Simulacijski model vozila ...... 7 2.3. Vozne procedure ...... 9 2.3.1. Manevar riblja udica ...... 10 2.3.2. Pobuda volanom koja izaziva prevrtanje vozila ...... 11 2.3.3. Tranzijentna sinusoidalna pobuda ...... 12 2.3.4. Dvostruka promjena pravca gibanja ISO 3888-1 1999 ...... 14 2.3.5. Sinusoidalna pobuda volanom ...... 18 2.4. Usporedba rezultata simulacije voznih procedura ...... 19 2.5. Opterećenja na kotaču ...... 20 2.6. Proračun pogonskog sustava ...... 27 3. Pregled postojećih rješenja na tržištu ...... 30 3.1. Proizvođači hibridnog pogonskog sustava ...... 30 3.1.1. MANLion`s City Hybrid ...... 30 3.1.2. Mercedes-Benz Citaro Hybrid ...... 31 3.1.3. Volvo 7900 Hybrid ...... 32 3.1.4. Mercedes-Benz Cito Hybrid ...... 34 3.2. Primjeri električnih autobusa ...... 35 3.2.1. Mellor Coachcraft Orion E ...... 38 3.2.2. Volvo 7900 ...... 40 3.2.3. Solaris Urbino 8.9 LE ...... 40 4. Moguća konstrukcijska rješenja...... 42 4.1. Električne pogonske osovine ...... 42 Fakultet strojarstva i brodogradnje I Marin Antolović Diplomski rad 4.1.1. ZF-E mobility ...... 42 4.1.2. Ziehl-Abegg ...... 43 4.2. Ostale komponente hibridnog/električnog pogonskog sustava ...... 44 4.2.1. Siemens ELFA ...... 44 4.2.2. Tm4 electrodynamic system ...... 46 4.3. Ovjes ...... 48 4.3.1. Kruta osovina ...... 48 4.3.1.1. Brist Axle ...... 49 4.3.2. Neovisni ovjes ...... 50 4.3.2.1. Advanced Design Solution ...... 50 4.4. Baterije ...... 52 4.4.1. Lithium Werks Valence ...... 53 4.4.2. ENERDEL baterije ...... 54 4.4.3. LECLANCHE baterije ...... 55 4.4.4. SKELE+ON Technologies ...... 56 4.4.5. Bae system ...... 57 4.5. Integrirani pogonski i prijenosni sustav ...... 57 4.5.1. Xtrack ...... 57 4.5.2. Magna ...... 58 4.5.3. Bosch ...... 60 4.6. Dvostupanjski prijenosnici ...... 61 4.6.1. EATON ...... 61 4.6.2. Hewland prijenosnici ...... 61 4.7. Diferencijalni prijenosnici ...... 62 4.7.1. Dynatrac ...... 62 4.7.2. X-Track ...... 63 4.7.3. Hewland prijenosnik ...... 63 4.8. Prijenosnik u glavčini kotača ...... 64 4.8.1. Axle Tech planetarni prijenosnik ...... 64 4.8.2. Magna planetarni prijenosnik ...... 65 5. Kinematika ovjesa ...... 66 5.1. Definiranje minibusa u programskom paketu LSA ...... 66 6. Funkcijska struktura i morfološka matrica ...... 72 7. Ovjes ...... 77 7.1. Dijelovi MacPherson opružne noge ...... 77 7.1.1. Vodilice kotača ...... 78 7.1.1.1. Donja poprečna vodilica ...... 79 7.1.1.2. Bočna vodilica ...... 80 7.1.2. Nosač glavčine kotača ...... 83 7.1.3. MacPherson opružna noga ...... 84 8. Dijelovi pogonskog sustava ...... 86 8.1. Diferencijal ...... 86 Fakultet strojarstva i brodogradnje II Marin Antolović Diplomski rad 8.2. Pogonsko vratilo ...... 86 8.3. Sklop kotača ...... 93 9. Koncepti električne i hibridne izvedbe minibusa ...... 99 9.1. Koncept pogonske jedinice električnog minibusa ...... 99 9.2. Koncept pogonske jedinice hibridnog minibusa ...... 102 9.3. Koncept s integriranim pogonskim sustavom ...... 105 10. ZAKLJUČAK ...... 115
LITERATURA ...... 117 PRILOG ...... 121
Fakultet strojarstva i brodogradnje III Marin Antolović Diplomski rad
POPIS SLIKA
Slika 1.1. Citroen Jumper (lijevo) i Mercedes-Benz Sprinter (desno) [3.] ...... 3 Slika 1.2. Nissan Civilian (lijevo) i Plaxton Beaver 2 (desno) [3.] ...... 3 Slika 1.3. Osnovne konfiguracije hibridnih električnih pogona: serijska (a), paralelna (b), serijsko-paralelna konfiguracija (c) [4.] ...... 4 Slika 2.1. Dinamika vozila [6.] ...... 7 Slika 2.2. Modularna gradnja ...... 8 Slika 2.3. Zadavanje parametara vozila u programskom paketu CarSim 8.1 [7.] ...... 8 Slika 2.4. Mijenjani parametri vozila u programskom paketu CarSim 8.1 [7.] ...... 9 Slika 2.5. Utjecaj duljine vozila na kutnu brzinu oko vertikalne osi ...... 10 Slika 2.6. Utjecaj duljine vozila na brzinu vozila u poprečnom smjeru ...... 11 Slika 2.7. Utjecaj duljine vozila na brzinu vozila u poprečnom smjeru ...... 12 Slika 2.8. Sinusoidna pobuda podlogom kod Bounce Sine Sweep procedure ...... 12 Slika 2.9. Utjecaj duljine vozila na kut zakreta oko poprečne osi (gore) i vertikalno ubrzanje vozila jedne konfiguracije vozila sa promjenom karakteristika opruga (dolje) ..... 13 Slika 2.10. Izgled ispitne staze DLC ispitne procedure ...... 14 Slika 2.11. Simulacija dvostruke izmjene pravca u CarSim programskom paketu [7.] ...... 15 Slika 2.12. Odstupanje vozila različitih konfiguracija položaja težišta od zadane putanje kod ispitne procedure dvostruke promjene pravca gibanja ...... 16 Slika 2.13. Ovisnost momenta na upravljaču o vremenu za tri različite konfiguracije ...... 17 Slika 2.14. Odstupanje vozila različitih konfiguracija duljine od zadane putanje kod DLC ispitne procedure ...... 17 Slika 2.15. Ovisnost momenta na upravljaču p kutu zakreta upravljača kod Sine Wave Steer Input procedure ...... 18 Slika 2.16. Utjecaj duljine vozila na bočno ubrzanje kod Sine Wave Steer Input procedure .. 19 Slika 2.17. Koordinatni sustav gume prema standardu SAE J670 [6.] ...... 20 Slika 2.18. Vrste vertikalnih pobuda vozila [6.] ...... 21 Slika 2.19. Dimenzije najdulje konfiguracije minibusa ...... 21 Slika 2.20. Vertikalna sila na pojedinom kotaču kod Bounce Sine Sweep procedure ...... 22 Slika 2.21. Vertikalna sila na pojedinom kotaču kod Chassis Twist Road procedure ...... 22 Slika 2.22. Poprečna sila na pojedinom kotaču kod Chassis Twist Road procedure ...... 23 Slika 2.23. Uzdužna sila na pojedinom kotaču kod Chassis Twist Road procedure ...... 23 Slika 2.24. Vertikalna sila na pojedinom kotaču kod Small Sharp Bump procedure ...... 24 Slika 2.25. Poprečna sila na kotačima kod Rollover Steer Input procedure ...... 24 Slika 2.26. Promjena sila u pogonu kod vožnje po pravcu, vožnje u krivinama i kod kočenja [8.] ...... 25 Slika 2.27. Pojednostavljeni prikaz sila na mjestu dodira kotača i podloge [6.] ...... 25 Slika 2.28. Sile otpora vožnje koje djeluju na vozilo za vrijeme vožnje [9.] ...... 27 Slika 2.29. Braunschweig ispitni vozni ciklus [10.] ...... 28 Slika 3.1. MAN Lion`s City Hybrid [12.] ...... 30
Fakultet strojarstva i brodogradnje IV Marin Antolović Diplomski rad Slika 3.2. Izvedba pogonskog sustava MAN Lion´s City Hybrid autobusa [12.] ...... 31 Slika 3.3. Mercedes-Benz Citaro Hybrid [13.] ...... 32 Slika 3.4. Volvo 7900 Hybrid [14.] ...... 33 Slika 3.5. Izvedba pogonskog sustava Volvo 7900 Hybrid autobusa [14.] ...... 34 Slika 3.6. Mercedes-Benz Cito [15.] ...... 34 Slika 3.7. Mercedes-Benz Cito [15.] ...... 35 Slika 3.8. Prikaz načina punjenja električnog vozila [16.] ...... 36 Slika 3.9. Prikaz punionica tvtke ABB [17.] ...... 37 Slika 3.10. Prikaz toka električnog napona unutar hibridnog vozila [18.] ...... 37 Slika 3.11. Prikaz ugradnje DC-DC konvertera tvrtke Brusa [19.] ...... 38 Slika 3.12. Prikaz ugradnje DC-AC konvertera tvtke Brusa [19.] ...... 38 Slika 3.13. Mellor Coachcraft Orion E [20.] ...... 39 Slika 3.14. Orion E Coachback izvedba (lijevo) te Accessible izvedba (desno) [20.] ...... 39 Slika 3.15. Volvo 7900 electric [21.] ...... 40 Slika 3.16. Solaris Urbino 8.9 LE [22.] ...... 41 Slika 4.1. Primjeri prijenosa snage sa pogonskog motora na kotač [23.] ...... 42 Slika 4.2. ZF AVE 130 [24.] ...... 43 Slika 4.3. Električni pogonski modul tvrtke Ziehl-Abegg [25.] ...... 44 Slika 4.4. Siemens ELFA dijelovi (1., 2. slika -elektromotori, 3., 4.-generatori) [26.] ...... 45 Slika 4.5. Krivulje performansi PM motora (lijevo) i generatora 1FV5168-8WS24 (desno) [26.] ...... 45 Slika 4.6. Siemens Elfa primjena kod svih pogona [27.] ...... 46 Slika 4.7. TM4 sumo md pogon [28.] ...... 46 Slika 4.8. Dimenzije invertera i motora/generatora SUMO MD, SUMO HD i SUMO HP konfiguracije [28.] ...... 47 Slika 4.9. Krivulje momenta u ovisnosti o brzini vrtnje sa različite konfiguracije pogonskog sklopa [28.] ...... 48 Slika 4.10. Z drive RDA 65-175 / A35 [29.] ...... 49 Slika 4.11. Dimenzije i tehnički podatci za osovinu RDA 65-175 / A35 [29.] ...... 50 Slika 4.12. AX80 pogonska osovina (gore), AX75 (dolje) [30.] ...... 51 Slika 4.13. Dimenzije osovina AX 80 (lijevo) i AX 75 (desno) [30.] ...... 52 Slika 4.14. Valence baterije [32.] ...... 53 Slika 4.15. ENERDEL baterije [33.] ...... 54 Slika 4.16. Leclanche baterijski paketi [34.] ...... 55 Slika 4.17. SKELE+ON baterija [35.] ...... 56 Slika 4.18. Bae system baterija [36.] ...... 57 Slika 4.19. Magna prijenosnici [38.]...... 58 Slika 4.20. Bosch pogonska jedinica [39.] ...... 60 Slika 4.21. Eaton prijenosnici [40.] ...... 61 Slika 4.22. Eaton prijenosnik [41.] ...... 62 Slika 4.23. Dynatrac diferencijal [42.] ...... 62 Slika 4.24. X-track diferencijali [43.] ...... 63 Slika 4.25. Hewland prijenosnici [44.] ...... 64 Slika 4.26. AxleTech planetarni prijenosnik [45.] ...... 64 Fakultet strojarstva i brodogradnje V Marin Antolović Diplomski rad Slika 4.27. Magna planetarni prijenos [46.] ...... 65 Slika 5.1. Model ovjesa prednje i stražnje osovine u programskom paketu LSA [47.]...... 66 Slika 5.2. Ovisnost bočnog nagiba kotača i hoda kotača ...... 69 Slika 5.3. Ovisnost konvergencije/divergencije kotača i hoda kotača ...... 69 Slika 5.4. Ovisnost međuosovinskog razmaka i hoda kotača...... 70 Slika 5.5. Ovisnost traga kotača i hoda kotača ...... 70 Slika 5.6. Ovisnost uzdužnog nagiba osi zakreta kotača i hoda kotača ...... 71 Slika 5.7. Ovisnost bočnog nagiba osi zakretanja kotača i hoda kotača ...... 71 Slika 6.1. Funkcijska dekompozicija stražnjeg pogonskog modula ...... 73 Slika 7.1. Izgled MacPherson opružne noge u programskom paketu LSA [47.] ...... 77 Slika 7.2. MacPherson opružna noga koja se ugrađivala u vozila proizvođača Lancia [53.] 78 Slika 7.3. Poprečne vodilice [54.] ...... 79 Slika 7.4. Prikaz 3D modela lijevane izvedbe (desno) i zavarene izvedbe s krajnicima (desno) donjeg poprečnog ramena ...... 79 Slika 7.5. Dijelovi sklopa bočne vodilice [51.] ...... 80 Slika 7.6. Moguće izvedbe krajnika bočne vodilice [51.] ...... 80 Slika 7.7. Prikaz FK Rod Ends dijelova za sklop bočne vodilice [55.] ...... 81 Slika 7.8. 3D model FK sfernog ležaja (krajnika) i njegove karakteristike [55.] ...... 81 Slika 7.9. Spoj sfernog ležaja sa šasijom ...... 82 Slika 7.10. Sklop kuglastog zgloba donjeg poprečnog ramena ...... 82 Slika 7.11. Sklop bočne vodilice ovjesa ...... 83 Slika 7.12. 3D model nosača ovjesa ...... 83 Slika 7.13. 3D model prihvata opružne noge na šasiju ...... 84 Slika 7.14. 3D model opružne noge ...... 84 Slika 7.15. 3D model ukupnog sklopa ovjesa ...... 85 Slika 8.1. 3D model diferencijala ...... 86 Slika 8.2. Dijelovi homokinetičkog zgloba [56.] ...... 87 Slika 8.3. Specifikacije odabranih homokinetičkih zglobova [56.] ...... 88 Slika 8.4. Prikaz 3D modela GKN 162 (lijevo) i GKN 166 (desno) homokinetičkog zgloba ...... 89 Slika 8.5. Prikaz 3D modela pogonskog vratila ...... 89 Slika 8.6. Prikaz 3D modela sklopa pogonskog vratila sa homokinetičkim zglobovima oznake GKN 12 ...... 89 Slika 8.7. Prikaz pogonskog vratila u krajnjim položajima ...... 90 Slika 8.8. ELBE kardansko vratilo ...... 92 Slika 8.9. Kardansko vratilo ELBE 0.112.115 ...... 93 Slika 8.10. Odabrani naplatak 17.5“ x 6.75“ [58.] ...... 93 Slika 8.11. Continental Conti Hybrid LD3 [50.] ...... 94 Slika 8.12. Prikaz 3D modela sklopa pneumatika i naplatka ...... 95 Slika 8.13. Prikaz 3D modela planetarnog prijenosnika u glavčini kotača ...... 95 Slika 8.14. MAXX 17 zračne disk kočnice [59.]...... 96 Slika 8.15. Sklop stražnjeg kotača ...... 97 Slika 8.16. Komponenete stražnjeg sklopa kotača ...... 97
Fakultet strojarstva i brodogradnje VI Marin Antolović Diplomski rad Slika 8.17. Prikaz sklopa dvaju nosača te prihvatna mjesta ovjesa, glavčine kotača i kočnice ...... 98 Slika 8.18. Sklop kotača i ovjesa ...... 98 Slika 9.1. Prikaz razmještaja komponenata električnog monibusa (gore) i prikaz smještaja baterija (dolje) [9.]...... 100 Slika 9.2. Prikaz 3D modela električnog minibusa s osnovnim dijelovima ...... 101 Slika 9.3. Prikaz razmještaja komponenti pogonskog sklopa kojeg su koristili tvrtke TM4 i Cummins kod izrade autobusa [61.] ...... 102 Slika 9.4. Konfiguracija hibridnog pogonskog sustava sa koncentrično postavljenim elektromotorom ...... 104 Slika 9.5. Izvedbe pogonskog sustava sa kutnom pogonskom jedinicom ...... 105 Slika 9.6. Modul sklopa ovjesa i integralnog pogonskog sustava, modul 1 ...... 107 Slika 9.7. Modul sklopa MSUI, generatora i invertera, modul 2 ...... 108 Slika 9.8. Modul sklopa baterijskog paketa ...... 109 Slika 9.9. Konfiguracija s modulom sklopa baterijskog paketa smještenim odostraga ...... 109 Slika 9.10. Konfiguracija s modulom sklopa baterijskog paketa smještenim na krovu vozila ...... 110 Slika 9.11. Konfiguracija s Valence baterijskim paketom ...... 112 Slika 9.12. Raspodjela Valence baterija po modulu 1 i 2 ...... 113 Slika 9.13. Modul baterija manjeg kapaciteta smješten na krovu ...... 114 Slika 10.1. Niskopodni minibus ...... 116
Fakultet strojarstva i brodogradnje VII Marin Antolović Diplomski rad
POPIS TABLICA
Tablica 1.1. Tehničke kategorije motornih vozila vezane za osobne automobile i autobuse [1.] ...... 1 Tablica 1.2. Daljnja podjela tehničke kategorije M2 i M3 motornih vozila [1.] ...... 1 Tablica 1.3. Tipične karakteristike minibusa [2.] ...... 2 Tablica 1.4. Karakteristike konfiguracija hibridnog pogona [5.]...... 6 Tablica 2.1. Parametri pojedine konfiguracije vozila ...... 9 Tablica 2.2. Mijenjani parametri vozila ...... 9 Tablica 2.3. Vrijednosti RMS-a za pojedine karakteristike opruga ...... 14 Tablica 2.4. Odstupanje vozila od zadane putanje kod DLC ispitne procedure ...... 16 Tablica 2.5. Prikaz dinamičkih faktora opterećenja [8.] ...... 26 Tablica 2.6. Vrijednosti dinamičkih faktora [8.]...... 26 Tablica 2.7. Art.Kinema parametri Braunschweig ispitnog voznog ciklusa [10.] ...... 28 Tablica 2.8. Potrebne karakteristike pogonskog sustava [9.] ...... 29 Tablica 3.1. Najveći proizvođači hibridnih pogona [11.] ...... 30 Tablica 3.2. Tehnički podatci MAN Lion´s City Hybrid autobusa [12.] ...... 31 Tablica 3.3. Tehnički podatci Mercedes-Benz Citaro Hybrid autobusa [13.] ...... 32 Tablica 3.4. Tehnički podatci Volvo 7900 Hybrid autobusa [14.] ...... 33 Tablica 3.5. Tehnički podatci Mercedes-Benz Cito minibusa [15.] ...... 34 Tablica 3.6. Tehnički podatci Mellor Coachcraft Orion E autobusa [20.] ...... 39 Tablica 3.7. Tehnički podatci Volvo 7900 Electric autobusa [21.] ...... 40 Tablica 3.8. Tehnički podatci Solaris Urbino 8.9 LE autobusa [22.]...... 41 Tablica 4.1. Tehnički podatci pogonske osovine ZF AVE 130 [24.] ...... 43 Tablica 4.2. Tehnički podatci pogonske osovine tvrtke Ziehl-Abegg [25.] ...... 44 Tablica 4.3. Tehnički podatci elektromotora i generatora sustava Siemens ELFA [26.] 45 Tablica 4.4. Tehnički podatci SUMO MD konfiguracije pogonskog sklopa [28.] ...... 47 Tablica 4.5. Tehnički podaci osovina AX 80 i AX 75 [30.]...... 51 Tablica 4.6. Karakteristike baterija koje koriste različiti proizvođači autobusa [31.] ..... 52 Tablica 4.7. Karakteristike Valence baterija [32.] ...... 53 Tablica 4.8. Karakteristike ENERDEL baterija [33.] ...... 54 Tablica 4.9. Karakteristike Leclanche baterijskih paketa [34.] ...... 55 Tablica 4.10. Karakteristike SKELE+ON baterija [35.] ...... 56 Tablica 4.11. Karakteristike Bae System baterija [36.]...... 57 Tablica 4.12. Karakteristike Xtrack integriranih pogonskih modula [37.] ...... 58 Tablica 4.13. Karakteristike Magna prijenosnika [38.] ...... 59 Tablica 4.14. Karakteristike Magna pogonskih jedinica [38.]...... 59 Tablica 4.15. Karakteristike Bosch pogonskog sustava [39.]...... 60 Tablica 4.16. Karakteristike Eaton prijenosnika [40.] ...... 61 Tablica 4.17. Karakteristike Dynatrack prijenosnih diferencijala [42.] ...... 62 Tablica 4.18. Karakteristike X-track diferencijalnih prijenosnika [43.] ...... 63 Tablica 4.19. Karakteristike AxleTech prijenosnika [45.] ...... 65 Fakultet strojarstva i brodogradnje VIII Marin Antolović Diplomski rad Tablica 4.20. Karakteristike Magna prijenosnika [46.] ...... 65 Tablica 5.1. Vanjske dimenzije modela minibusa ...... 66 Tablica 5.2. Karakteristika ovjesa ...... 67 Tablica 5.3. Karakteristika mase, inercije i statičkog poravnanja ...... 68 Tablica 5.4. Karakteristike opružno-prigušnih elemenata ...... 68 Tablica 8.1. Karakteristike odabranog naplatka tvtke Jantsa [55.] ...... 93 Tablica 8.2. Karakteristike odabranog pneumatika tvrtke Continental [50.] ...... 94 Tablica 8.3. Karakteristike odabrane kočnice tvrtke Wabco [59.] ...... 96 Tablica 9.1. Popis dijelova električnog minibusa ...... 99 Tablica 9.2. Popis dijelova hibridnog minibusa...... 102 Tablica 9.3. Izgled i specifikacije integriranih pogonskih sustava ...... 106 Tablica 9.4. Prednosti i nedostaci konfiguracije prikazane na slici 9.9...... 109 Tablica 9.5. Prednosti i nedostaci konfiguracije prikazane na slici 9.10...... 111 Tablica 9.6. Prednosti i nedostaci konfiguracije prikazane na slici 9.11...... 112 Tablica 9.7. Prednosti i nedostaci konfiguracije prikazane na slici 9.12...... 113 Tablica 9.8. Prednosti i nedostaci konfiguracije prikazane na slici 9.13...... 114
Fakultet strojarstva i brodogradnje IX Marin Antolović Diplomski rad
POPIS TEHNIČKE DOKUMENTACIJE
BROJ CRTEŽA Naziv iz sastavnice MA2018-00 Niskopodni minibus MA2018-00-1 Stražnji pogonski modul MA2018-00-2 Sklop nosača kotača i ovjesa MA2018-00-2-01 Nosač kotača MA2018-00-1-01 Sklop ovjesa MA2018-00-1-01-01 Sklop donjeg ramena MA2018-00-1-01-02 Sklop bočne vodilice MA2018-00-1-01-03 Nosač ovjesa MA2018-00-1-02 Okvir modula 1 MA2018-00-1-03 Okvir modula 2
Fakultet strojarstva i brodogradnje X Marin Antolović Diplomski rad
POPIS OZNAKA
Oznaka Mjerna jedinica Opis 2 ax m/s ubrzanje vozila u uzdužnom smjeru 2 a y m/s ubrzanje vozila u poprečnom smjeru, bočno ubrzanje 2 az m/s ubrzanje vozila u vertikalnom smjeru, vertikalno ubrzanje 2 aZ,RMS m/s srednje kvadratno odstupanje vertikalnog ubrzanja ovješenih masa B mm širina pneumatika c N/mm karakteristika opruge ovjesa
c p N/mm vertikalna krutost pneumatika
ct kNm/rad torzijska krutost d mm promjer vratila
Fa N sila otpora ubrzanja
Fk N sila otpora kotrljanja
Fn N statičko opterećenje kotača
Fu N sila otpora uspona
FV N vučna sila
Fz N sila otpora zraka
Fx N uzdužna sila na kotaču
FxL_1 N uzdužna sila na prednjem lijevom kotaču
FxL_2 N uzdužna sila na stražnjem lijevom kotaču
Fx _R1 N uzdužna sila na prednjem desnom kotaču
Fx _R 2 N uzdužna sila na stražnjem desnom kotaču _ N maksimalna uzdužna sila kod kočenja F xb, _ N uzdužna sila na kotaču pri vožnji po pravcu F x,s
Fy N poprečna sila na kotaču
Fy_1L N poprečna sila na prednjem lijevom kotaču
Fy_L 2 N poprečna sila na stražnjem lijevom kotaču
Fakultet strojarstva i brodogradnje XI Marin Antolović Diplomski rad
Fy _R1 N poprečna sila na prednjem desnom kotaču
Fy _R 2 N poprečna sila na stražnjem desnom kotaču _ N poprečna sila na vanjskim kotačima pri vožnji u zavoju F y ,Ka _ N poprečna sila na unutarnjim kotačima pri vožnji u zavoju F y ,Ki _ N poprečna sila na kotaču pri vožnji po pravcu F y ,s
Fz N vertikalna sila na kotaču
Fz _ 1L N vertikalna sila na prednjem lijevom kotaču
Fz _ 2L N vertikalna sila na stražnjem lijevom kotaču
Fz _R1 N vertikalna sila na prednjem desnom kotaču
Fz _R 2 N vertikalna sila na stražnjem desnom kotaču _ N maksimalna vertikalna sila kod kočenja F z,b _ N maksimalno dinamičko opterećenje pri vožnji po pravcu F z ,s _ N vertikalna sila na vanjskim kotačima pri vožnji u zavoju F z,Ka _ N vertikalna sila na unutarnjim kotačima pri vožnji u zavoju F z,Ki G N/mm2 modul smicanja h mm hod opruge H mm visina vozila
hL mm duljina opruge
hu mm unutrašnja visina vozila
hUg mm ugradbena duljina opruge
hv mm udaljenost od poda do podvozja vozila I kgm2 moment inercije kotača 4 I p mm polarni moment tromosti 2 I xx kgm moment tromosti valjanja 2 I yy kgm moment tromosti poniranja 2 I zz kgm moment tromosti rotiranja k kNs/m konstanta prigušenja l mm duljina vratila L mm ukupna duljina vozila
Fakultet strojarstva i brodogradnje XII Marin Antolović Diplomski rad
Lm mm međuosovinski razmak (engl. Wheelbase)
L1 mm udaljenost od prednje osovine do kraja vozila
mn kg neovješena masa vozila
mo kg ovješena masa vozila
M H Nm moment na upravljaču
M p Nm moment na kotaču n min-1 brzina vrtnje elektromotora
no - broj osovina
nx - dinamički faktor opterećenja za uzdužnu os vozila
ny - dinamički faktor opterećenja za poprečnu os vozila
nz - dinamički faktor opterećenja za vertikalnu os vozila
nxs, - din. faktor opt. za uzdužnu os vozila pri vožnji po pravcu
ny,s - din. faktor opt. za poprečnu os vozila pri vožnji po pravcu
nz,s - din. faktor opt. za vertikalnu os vozila pri vožnji po pravcu
ny ,Ka - din. faktor opt. u smjeru poprečne osi, za vanjski dio vozila pri vožnji u zavoju
ny, Ki - din. faktor opt. u smjeru poprečne osi, za unutarnji dio vozila pri vožnji u zavoju
nz ,K a - din. faktor opt. u smjeru vertikalne osi, za vanjski dio vozila pri vožnji u zavoju
nz,Ki - din. faktor opt. u smjeru vertikalne osi, za unutarnji dio vozila pri vožnji u zavoju
PEM kW snaga elektromotora
PKot kW snaga na kotačima
rd mm dinamički radijus kotača R mm minimalni radijus okretanja 2 Rdt N/mm trajna dinamička čvrstoća S - faktor sigurnosti T mm širina traga kotača (engl. Track width)
Tv Nmm torzijsko naprezanje v km/h brzina vozila
vmax km/h maksimalna brzina vozila
Fakultet strojarstva i brodogradnje XIII Marin Antolović Diplomski rad
vx km/h brzina vozila u uzdužnom smjeru, uzdužna brzina vozila
v y km/h brzina vozila u poprečnom smjeru, poprečna brzina vozila
vz km/h brzina vozila u vertikalnom smjeru, vertikalna brzina vozila x mm udaljenost od središta prednjeg kotača do težišta vozila y mm udaljenost od poprečne simetrale vozila do težišta vozila z mm udaljenost od poda do težišta W mm širina vozila 3 Wt mm torzijski moment otpora 2 tdop N/mm dopušteno naprezanje
m - stupanj korisnog djelovanja
f kut bočnog klizanja prednjih kotača
r kut bočnog klizanja stražnjih kotača kut zakreta vozila oko uzdužne osi kut zakreta vozila oko poprečne osi kut zakreta vozila oko vertikalne osi /s kutna brzina vozila oko vertikalne osi /s2 kutno ubrzanje vozila oko vertikalne osi
H kut zakreta upravljača statički bočni nagib kotača (engl. Static camber) statički uzdužni nagib osi zakretanja kotača (engl. Static caster or castor angle) statički bočni nagib osi zakretanja kotača (engl. Static kingpin inclination angle) usmjerenost kotača (engl. Toe angle)
Fakultet strojarstva i brodogradnje XIV Marin Antolović Diplomski rad
POPIS KRATICA
Kratica Opis SAD Sjedinjene Američke Države MSUI Motor s unutarnjim izgaranjem AC Alternating Current (izmjenična struja) DC Direct Current (istosmjerna struja) LTO battery Lithium Titanate Oxide battery (litij - titan oksid baterija) G / NMC battery Graphite / Nickel Manganese Cobalt battery (grafit / nikal mangan kobalt baterija) Li-NMC battery Lithium Nickel Manganese Cobalt battery (litij nikal mangan kobalt baterija) OBD On-Bord Diagnostics (dijagnostika ugrađena u vozilu) LSA Lotus Suspension Analysis DLC Double Lane Change (dvostruka promjena pravca gibanja) RSI Rollover Steer Input (pobuda volanom koja izaziva prevrtanje)
Fakultet strojarstva i brodogradnje XV Marin Antolović Diplomski rad
SAŽETAK
Autobus je danas jedan od najzastupljenijih načina transporta, kako gradskog tako i međugradskog i izvangradskog. Trend hibridizacije i elektrifikacija pogonskog sustava vozila zahvatio je i autobuse. U ovom radu pozornost je usmjerena na gradski transport, odnosno razmatran je niskopodni minibus koji najbolje odgovara tom tipu transporta. U uvodnom poglavlju opisani su autobusi općenito, dane su karakteristike i pristupi izradi električnog i hibridnog minibusa. U drugom poglavlju provedena je analiza stabilnosti, upravljivosti i performansi niskopodnog minibusa u programskom paketu CarSim, a rezultati su prikazani grafički. U narednom poglavlju dan je pregled postojećih električnih i hibridnih autobusa koji se nalaze na tržištu, prikazane su uobičajene konfiguracije električnih i hibridnih autobusa i dane su njihove tehničke karakteristike. Specificirani su cjeloviti sustavi koji se mogu naći na tržištu te pojedinačne komponente pogonskog sustava koje se mogu sklopiti u jedan funkcionalni sklop. U drugoj polovici rada prikazana je analiza kinematike ovjesa u programskom paketu Lotus Suspension Analysis, funkcijska dekompozicija i morfološka matrica. Dan je popis i izvedbe dijelova ovjesa i pogonskog sustava koji su se upotrijebili za izradu koncepata električnog i hibridnog minibusa. Za tri predložena koncepta, odabrana je najpovoljnija izvedba i za taj je izrađena dokumentacija.
Ključne riječi: niskopodni minibus, električni pogon, hibridni pogon, pogonski sustav, ovjes
Fakultet strojarstva i brodogradnje XVI Marin Antolović Diplomski rad
SUMMARY
Nowdays, bus is one of the most common mode of transport in cities, towns, rural areas, for suburb to central business district transportation etc. The trend of hybridization and electrification of vehicle propulsion system reflected also on buses. In this paper the main focus is on city transport, so the lowfloor minibus was considered, because it is the representative of this mode of transport. The first chapter is about buses in general. Also, it reveals the characteristics and methods of constructing an electric and hybrid bus. The second chapter deals with the stability and manoeuvrability analysis and performance of low floor minibus. The analysis were simulated in CarSim software and the graphics present the results. The next chapter provides an overview of existing electric and hybrid buses that are already available on the market, conventional architecture configuration of this vehicles and theirs technical characteristics. In addition, it specifies the complete solutions that are already on the market and individual components which can be combined in functional composition. The second part of this paper presents suspension kinematic analysis simulated in Lotus Suspension Analysis application, functional decomposition and morphological matrix. It points out all suspension and propulsion system components that were used to create the concepts of electric and hybrid minibus. Among three proposed concepts, the documentation was made for the most favourable one.
Keywords: low floor minibus, electric propulsion, hybrid propulsion, propulsion system, suspension system
Fakultet strojarstva i brodogradnje XVII Marin Antolović Diplomski rad
1. UVOD
Autobus je vozilo namijenjeno transportu putnika, odnosno javnom prijevozu većeg broja putnika u cestovnom prometu. Vozilo za transport do najviše 8 putnika naziva se automobilom, a od 9 na više autobusom. Između automobila i autobusa postoje prijelazni modeli koji se nazivaju monovulemeni i kombi vozilo ili minibusevi. Autobusi mogu biti pogonjeni motorom s unutarnjim izgaranjem (diesel, vodikove ćelije, biodiesel, komprimirani prirodni plin), hibridnim pogonom i električnim pogonom. Autobus je danas jedan od najzastupljenijih načina transporta u većini gradova kod nas i u ostatku svijeta. Tehničke kategorije vozila u prometu vezane uz osobne automobile i autobuse prikazane su u tablici 1.1.
Tablica 1.1. Tehničke kategorije motornih vozila vezane za osobne automobile i autobuse [1.] OSOBNI AUTOMOBILI I AUTOBUSI M Motorna vozila za prijevoz osoba s najmanje 4 kotača odnosno motorna vozila za prijevoz osoba s tri kotača Motorna vozila za prijevoz osoba koja osim sjedala za vozača imaju još najviše 8 M1 sjedala
Motorna vozila za prijevoz osoba koja osim sjedala za vozača imaju više od 8 sjedala M2 i najveće dopuštene mase ≤ 5000 kg (minibus, kombi) Motorna vozila za prijevoz osoba koja osim sjedala za vozača imaju više od 8 sjedala M3 i najveće dopuštene mase > 5000 kg (autobus)
Daljnja podjela vozila M2 i M3 kategorije prikazana je u tablici 1.2.
Tablica 1.2. Daljnja podjela tehničke kategorije M2 i M3 motornih vozila [1.] I Autobusi s više od 23 mjesta (N > 23) uključujući vozača, konstruirani za prijevoz klasa putnika prvenstveno u stajaćem položaju i čija je unutrašnjost konstruirana tako da omogućuje brzi prolaz putnika kroz unutrašnjost vozila II Autobusi s više od 23 mjesta (N > 23) uključujući vozača konstruirani prvenstveno klasa za prijevoz putnika u sjedećem položaju koji mogu prevoziti i stajaće putnike smještene samo u međuprostoru za prolaz i/ili u prostoru koji nije veći od površine koju zauzimaju dva dvostruka sjedala.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 1 Marin Antolović Diplomski rad III Autobusi s više od 23 mjesta (N > 23) uključujući vozača konstruirani za prijevoz klasa putnika samo u sjedećem položaju
A Autobusi s najviše 23 ili manje mjesta (N ≤ 23) uključujući vozača konstruirani za klasa prijevoz putnika u sjedećem i stajaćem položaju B Autobusi s najviše 23 ili manje mjesta (N ≤ 23) uključujući vozača konstruirani za klasa prijevoz putnika samo u sjedećem položaju
1.1. Niskopodni minibus
Niskopodni minibus je vrsta autobusa koji ima između prednjeg i stražnjeg ulaza dovoljno nisko postavljen pod kako ne bi bila potrebna stepenica za ulazak u njega. Tu nastaje problem vezan uz ovješenje te položaj samih osovina. Mnogi proizvođači niskopodnih minibusa postavljaju gornju površinu poda tako da udaljenost između poda i ceste bude između 300 mm i 400 mm. Jedno od najboljih rješenja je modularna gradnja kod koje je jedan modul, stražnji ili prednji, namijenjen isključivo za smještaj pogonske jedinice (ovisno o vrsti pogona). Tipične karakteristike minibusa prikazane su u tablici 1.3.
Tablica 1.3. Tipične karakteristike minibusa [2.] Ukupna duljina, L (mm) 5400-7700
Širina vozila, W (mm) 2100-2400
Visina vozila, H (mm) 2700-2800 Kapacitet (broj putničkih mjesta) 15-30
Unutrašnja visina, hu (mm) 1850-1900
Broj osovina, no (kom) 2
Međuosovinski razmak, Lm (mm) 2700-4300
Prednji prepust, Lo (mm) 750-1250
Minimalni radijus okretanja, R (mm) 7700-13500
Maksimalna brzina, vmax (km/h) 40-95
Koriste se kao transportna sredstva za vožnju konstantno istim rutama u javnom transportu, kao prijevozna sredstva u zračnim lukama, za privatne svrhe, privatna poduzeća. Postoje tri različita pristupa izradi minibusa.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 2 Marin Antolović Diplomski rad Najosnovniji, najjednostavniji pristup je preinaka kombija odnosno modificiranje kombija u minibus. Modifikacije mogu biti izvedene od strane proizvođača kombija ili od strane specijaliziranih tvrtki za pretvorbu. U tu modifikaciju spada: dodavanje prozora, dodavanje sjedećih mjesta u teretni prostor. Neki od izvornih kombija koji se koriste za modifikaciju su: Ford Transit, Hyundai H350, Mercedes-Benz Sprinter (slika 1.1.), Chevrolet Express, Renault Master.
Slika 1.1. Citroen Jumper (lijevo) i Mercedes-Benz Sprinter (desno) [3.] Drugi pristup koji se koristi kod izrade minibusa je da proizvođač izradi drugačije tijelo, karoseriju autobusa koje bi se jednostavno pričvrstilo na poluproizvedeni kombi odnosno na šasiju. Taj proizvođač je najčešće sam proizvođač autobusa. Takav pristup ima prednosti u tome što se povećava kapacitet sjedenja, a i vozač je smješten u zasebnoj kabini što mu omogućuje jednostavnu naplatu karata za vožnju. Primjer je Plaxton Beaver smješten na Mercedes-Benz Vario šasiju (slika 1.2.).
Slika 1.2. Nissan Civilian (lijevo) i Plaxton Beaver 2 (desno) [3.] I treći pristup je integralni dizajn, odnosno cijelo vozilo je nanovo dizajnirano i izrađeno s prvotnom i osnovnom idejom da bude minibus. Neki od primjera su: Orion Bus, Optare Solo, Hino Poncho, Nissan Civilian (slika 1.2.) [3.].
Fakultet strojarstva i brodogradnje 3 Marin Antolović Diplomski rad Za ovaj rad odabran je treći pristup. Cijeli minibus nanovo je dizajniran i sve komponente koje su odabrane za ugradnju u njega odabrane su s ciljem da zadovoljavaju karakteristike i značajke minibusa. 1.2. Hibridni, električni minibus
Hibridni pogon označava pokretanje vozila pomoću dva ili više izvora energije, što znači da postoji primarni i sekundarni izvor energije. Najčešće izvedbe kao primarni izvor energije koriste fosilno gorivo, a pogonski uređaj je motor s unutarnjim izgaranjem. Za sekundarni izvor energije koristi se električna struja, a pogonski uređaj je električni motor. Ovisno o zahtjevima korisnika, moguće je nekoliko kombinacija rada dvaju izvora energije. Zahtjevi mogu biti: niska potrošnja goriva, određena snaga, moment, dodatna pomoćna snaga za električne uređaje u vozilu. Jedna od najvećih razlika između hibridnog i električnog vozila je u njihovim spremnicima energije, baterijama. Kod hibridnih vozila bitnija je mogućnost bržeg punjenja i pražnjenja baterija nego postizanje velikih snaga kao što je to slučaj kod električnih vozila. Kapacitet baterija je manji kod hibridnih nego kod električnih vozila iako je tehnologija hibridnih vozila gotovo u cijelosti razvijena te bi oni, zajedno s električnim vozilima, mogli u budućnosti potpunosti zamijeniti klasična vozila s motorom s unutarnjim izgaranjem. Na slici 1.3. prikazane su moguće konfiguracije hibridnog pogona.
Slika 1.3. Osnovne konfiguracije hibridnih električnih pogona: serijska (a), paralelna (b), serijsko-paralelna konfiguracija (c) [4.]
Fakultet strojarstva i brodogradnje 4 Marin Antolović Diplomski rad Kod paralelne konfiguracije hibridnog pogona, motor s unutarnjim izgaranjem i elektromotor preko mehaničkog zbrajala momenta (prijenosnika) direktno djeluju dvojim ukupnim momentom na pogon vozila. Prijenosnik može biti izveden kao reduktor bilo planetarni bilo obični, kao prijenos s lancima ili remenicama. Kod ovakve konfiguracije manji su gubici energije zato što oba izvora energije djeluju zajedno, daju ukupni moment za pogon vozila i nema pretvorbe energije. Kako se moment dobiva iz oba izvora energije, elektromotor može biti manjih dimenzija.
Nedostatak je taj što motor s unutarnjim izgaranjem ne može stalno raditi u svom optimalnom području, a i konstrukcija je dosta složena. Kod serijske konfiguracije hibridnog pogona motor s unutarnjim izgaranjem preko generatora proizvodi električnu energiju i puni spremnike energije (baterije). Elektromotor može biti na različite načine povezan s pogonskom osovinom, naprimjer: elektromotor preko kardanskog vratila spojen na diferencijal na osovini, elektromotori direktno smješteni u glavčinu kotača. Kada se poveća opterećenje i motor s unutarnjim izgaranjem preko generatora ne može sam napajati elektromotor, onda se elektromotor dodatno napaja baterijama. Kada je opterećenje manje, tada se baterije preko generatora pune. Generator održava baterije na 60-80 % kapaciteta. Prednost je ta što je motor s unutarnjim izgaranjem potpuno mehanički odvojen od kotača što znači da može cijelo vrijeme raditi u optimalnom području gdje je potrošnja najmanja, a efikasnost najveća. Potreba za regulacijom brzine vožnje je ostvarena preko regulacije brzine vrtnje elektromotora. Momentna karakteristika elektromotora je gotovo idealna tj. elektromotor ima najveći moment već od najniže brzine vrtnje, a i kratkotrajno se može preopteretiti. Serijska konfiguracija hibridnog pogona najmanje je konstrukcijski složena. Nedostatak je u tome što postoji dvostruka pretvorba energije: iz mehaničke u električnu preko generatora, a zatim ponovo iz električne u mehaničku preko elektromotora. Sam pogonski elektromotor relativno je velikih dimenzija i zauzima dosta prostora. No zbog mnogih prednosti, serijska konfiguracija hibridnog pogona se uobičajeno koristi kod velikih vozila kao što su teška komercijalna vozila, vojna vozila, autobusi i lokomotive. Kod serijsko-paralelne konfiguracije pogona hibridnog vozila postoji planetarni prijenosnik za odvajanje brzine vrtnje motora s unutarnjim izgaranjem od brzine vrtnje kotača.
Serijsko-paralelni pogon spaja prednosti i nedostatke paralelnih i serijskih pogonskih sklopova. Kombiniranjem dviju izvedbi, motor može pogoniti kotače izravno (kao u
Fakultet strojarstva i brodogradnje 5 Marin Antolović Diplomski rad paralelnom pogonskom sklopu), a može biti i isključen, tako da samo električni motor pruža snagu (kao u serijskom pogonu).
Ovaj sustav ima veće troškove od čistog paralelnog hibrida jer zahtijeva generator, veću bateriju i složeniju elektroniku za nadzor dvostrukog sustava. Ipak, njene prednosti znače da serijsko-paralelni pogonski sklop može raditi bolje i trošiti manje goriva nego samo serijski ili samo paralelni sustavi.
Tablica 1.4. Karakteristike konfiguracija hibridnog pogona [5.] Serijski-paralelna Serijska konfiguracija Paralelna konfiguracija konfigruacija
Električni motor i MSUI Koristi veće baterije Srednje veličine baterija spojeni su na kotače Koristi on-board punjenje Punjenje može biti on i off- Koristi manje baterije Optimalni rad MSUI board Koristi off-board punjenje Ne zahtijeva prijenosnik Električni motor ima prazan Bolje ubrzavanje vozila Električni motor nema hod Električni motor ima prazan prazan hod Razmještaj komponenata u hod Fleksibilan raspored vozilu je manje fleksibilan Razmještaj komponenata u komponenata unutar vozila vozilu je manje fleksibilan
Za minibus u ovom zadatku odabrana je serijska konfiguracija hibridnog pogona (tablica 1.4.), koja se može relativno jednostavno prebaciti u čisto električnu verziju ukoliko postoji potreba za tim.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 6 Marin Antolović Diplomski rad
2. Analiza stabilnosti, upravljivosti i performansi niskopodnog minibusa
Za odabrani niskopodni minibus izrađena je i analiza stabilnosti, upravljivosti i performansi. Opisan je korišteni programski paket te su dani numerički i grafički rezultati simulacija. 2.1. Simulacijski alat CarSim
CarSim je programski paket namijenjen analizi dinamike vozila. Preko simulacija omogućuje predviđanje, razumijevanje te identifikaciju ponašanja vozila i ključnih parametara vozila koji utječu na njegovu dinamiku. Dinamika, kao grana mehanike, proučava interakciju tijela, gibanja i sila. Temelji se na Newton-ovima zakonima gibanja. Cilj je proučavanje pojava vezanih uz gibanje vozila dok na njega djeluju sile i momenti. Sile na mjestu kontakta gume i podloge, aerodinamičke sile i momenti te inercijske sile neke su od glavnih sila i momenata. Zadaća proučavanja dinamike vozila je poboljšanje upravljivosti, stabilnosti, aktivne sigurnosti i komfora vožnje. 2.2. Simulacijski model vozila
Podatci koji se mogu zadati, odnosno mijenjati, mogu biti vezani uz ispitnu proceduru, uz model vozila te uz okolišne uvjete (slika 2.1.).
Slika 2.1. Dinamika vozila [6.] Prilikom definiranja ispitne procedure može se mijenjati putanja staze, reakcija vozača, brzina vožnje itd. Pri definiranju okolišnih uvjeta može se mijenjati stanje vozne staze (podloge), dodavati vjetar, prepreke. Pri odabiru simulacijskog modela vozila na raspolaganju je mnogo parametara. Neki od njih su: model kočnica, karakteristike ovjesa, pogonski sustav itd. Fakultet strojarstva i brodogradnje 7 Marin Antolović Diplomski rad Cilj ovih simulacija bio je usporediti tri različite konfiguracije minibusa, te utjecaj promjena parametara vozila i ispitnih procedura na dinamiku vozila. Zamišljena je modularna gradnja što znači da postoji jedan izmjenjivi dio čime se mijenja ukupna duljina minibusa te putnički prostor (slika 2.2.).
Slika 2.2. Modularna gradnja U svakoj konfiguraciji vozila parametri koji su se mijenjali su: karakteristike opruga ovjesa, brzina vožnje kroz voznu proceduru te položaj težišta vozila, na čije vrijednosti utjecaj ima raspored komponenta pogonskog sustava, duljina vozila itd. Parametri koji su se mijenjali prikazani su tablicama 2.1. i 2.2..
Slika 2.3. Zadavanje parametara vozila u programskom paketu CarSim 8.1 [7.]
Fakultet strojarstva i brodogradnje 8 Marin Antolović Diplomski rad Tablica 2.1. Parametri pojedine konfiguracije vozila
Kraća Srednja Dulja
konfiguracija konfiguracija konfiguracija x = 2032 = 2350 = 2650
Težište vozila (mm) y = 0 = 0 = 0
z = 711 = 711 = 711
Međuosovinski razmak, Lm (mm) 4065 4715 5365
Ovješena masa vozila, mo (kg) 5000 5500 6000
Udaljenost od prednje osovine do 4805 5455 6105 kraja vozila, L1 (mm)
Ukupna duljina vozila, L (mm) 6470 7120 7770 Na slici 2.4. prikazani su ostali parametri koji su se mijenjali kroz ispitne procedure.
Slika 2.4. Mijenjani parametri vozila u programskom paketu CarSim 8.1 [7.] Tablica 2.2. Mijenjani parametri vozila
Brzina vožnje, v (km/h) 60 80 120
Karakteristike opruga ovjesa, c (N/mm) 130,5 153 198
2.3. Vozne procedure
Promatrale su se ispitne procedure vezane za test stabilnosti, udobnosti i upravljivosti. Kod testa stabilnosti proučavale su se ispitne procedure: ispitna procedura s putanjom vozila u obliku riblje udice (engl. Fishhook) i ispitna procedura s pobudom volana koja izaziva prevrtanje vozila (engl. Rollover Steer Input), kod testa udobnosti promatrala se ispitna
Fakultet strojarstva i brodogradnje 9 Marin Antolović Diplomski rad procedura s tranzijentnom sinusoidalnom pobudom (promjenjiva amplituda i period) (engl. Bounce Sine Sweep Test) a kod testa upravljivosti proučavale su se ispitne procedure: dvostruka promjena pravca gibanja (engl. Double Lane Change) i sinusoidalna pobuda volanom (engl. Sine Wave Steer Input). U nastavku su prikazane pojedine ispitne procedure. 2.3.1. Manevar riblja udica
Ispitna procedura s putanjom vozila u obliku riblje udice (engl. Fishhook) je procedura namijenjena ispitivanju sklonosti vozila prevrtanju. Unutar same procedure promatraju se veličine karakteristične za analizu stabilnosti vozila:
ubrzanje vozila u poprečnom smjeru, a y ,
kutna brzina oko vertikalne osi, i
brzina vozila u poprečnom smjeru, v y . Na slici 2.5. je prikazana pobuda izazvana upravljačem te kutna brzina oko vertikalne osi u ovisnosti o vremenu.
Slika 2.5. Utjecaj duljine vozila na kutnu brzinu oko vertikalne osi Promatra se brzina vozila u poprečnom smjeru (slika 2.6.) kako bi se mogla dati usporedba između ispitne procedure riblja udica i RSI.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 10 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 2.6. Utjecaj duljine vozila na brzinu vozila u poprečnom smjeru 2.3.2. Pobuda volanom koja izaziva prevrtanje vozila
Razlika između ove procedure (engl. Rollover Steer Input) i Fishhook procedure je u tome što je RSI procedura namijenjena za europsko tržište, koeficijent trenja iznosi 1, a cilj procedure je prevrtanje vozila odnosno promatranje parametara koji utječu na prevrtanje, dok kod procedure riblja udica koeficijent trenja iznosi 0,85, cilj nije prevrtanje vozila već promatranje parametara koji utječu na zanošenje vozila i propisana je od strane Ministarstva za transport Sjedinjenih Američkih Država, odnosno NHTSA. Pobuda je kod obje ispitne procedure ista.
Kod ove ispitne procedure promatra se brzina vozila u poprečnom smjeru, v y , (slika 2.7.).
Fakultet strojarstva i brodogradnje 11 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 2.7. Utjecaj duljine vozila na brzinu vozila u poprečnom smjeru Kada se usporede dijagrami promjene brzine vozila u poprečnom smjeru kod procedure riblja udica i RSI vidi se da su brzine veće kod procedure riblja udica. Razlog tome je taj što se procedura riblja udica ispituje s manjim koeficijentom trenja. 2.3.3. Tranzijentna sinusoidalna pobuda
Tranzijentna sinusoidalna pobuda (engl. Bounce Sine Sweep) je ispitna procedura sa sinusoidalnom pobudom podloge namijenjena proučavanju parametara koji utječu na udobnost vožnje. Na slici 2.8. prikazan je izgled pobude izazvane podlogom.
Slika 2.8. Sinusoidna pobuda podlogom kod Bounce Sine Sweep procedure Fakultet strojarstva i brodogradnje 12 Marin Antolović Diplomski rad Kod ove procedure promatra se:
ubrzanje vozila u vertikalnom smjeru, az i
kut zakreta vozila oko poprečne osi, (slika 2.9.).
Slika 2.9. Utjecaj duljine vozila na kut zakreta oko poprečne osi (gore) i vertikalno ubrzanje vozila jedne konfiguracije vozila sa promjenom karakteristika opruga (dolje)
Fakultet strojarstva i brodogradnje 13 Marin Antolović Diplomski rad Na temelju dobivenih rezultata izračunat je RMS (srednje kvadratno odstupanje) vertikalnog ubrzanja ovješenih masa. Srednje kvadratnog odstupanja vertikalnog ubrzanja ovješenih masa računa se prema izrazu:
1 T aatdt 2 () zRMSz, (2.1) T 0
U tablici 2.3. prikazane su dobivene vrijednosti srednjeg kvadratnog odstupanja vertikalnog ubrzanja ovješenih masa.
Tablica 2.3. Vrijednosti RMS-a za pojedine karakteristike opruga Opruge
Krutost opruga, c Karakteristika prigušivača, k Hod opruga, h RMS
Osnovne opruge 153 N/mm 30 kNs/m 140 mm 0,10699
Mekše opruge 130,5 N/mm 30 kNs/m 140 mm 0,10189
Tvrđe opruge 198 N/mm 30 kNs/m 140 mm 0,11794
2.3.4. Dvostruka promjena pravca gibanja ISO 3888-1 1999
Dvostruka promjena pravca gibanja (engl. Double Lane Change) je procedura namijenjena ispitivanju upravljivosti vozila. U normi su definirane dimenzije ispitnog poligona, karakteristike vozila, vremenski uvjeti, karakteristike podloge, pneumatika te ostali uvjeti. Procedura se izvodi tako da s brzinom ne manjom od 50 km/h ispitno vozilo ulazi između zadanih čunjeva te izvodi zadani manevar (slika 2.10.). Cilj je zadržavanje vozila unutar zadanih čunjeva. Tijekom cijelog manevra nije dopušteno pritiskanje pedale kočnice. Svakim novim prolazom kroz ispitnu stazu povećava se ulazna brzina vožnje sve dok vozilo ne izgubi stabilnost.
Slika 2.10. Izgled ispitne staze DLC ispitne procedure Fakultet strojarstva i brodogradnje 14 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 2.11. Simulacija dvostruke izmjene pravca u CarSim programskom paketu [7.] Kod ove procedure propisane su veličine koje se promatraju:
uzdužna i poprečna brzina vozila, vx i v y ,
ubrzanje vozila u uzdužnom i poprečnom smjeru, ax i a y ,
kut zakreta upravljača, H ,
kutna brzina i ubrzanje vozila oko vertikalne osi, i ,
sile kotača u smjeru svih triju osi, Fx , Fy , Fz ,
bočni kut klizanja kotača, a f i ar , kut zakreta vozila oko svih triju osi, , , ,
moment na upravljaču, M H . Na slici 2.12. prikazan je utjecaj položaja težišta na mogućnost praćenja zadane putanje. Može se zaključiti da što se težište nalazi bliže prednjoj osovini to je vozilo upravljivije, odnosno bolje prati zadanu putanju.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 15 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 2.12. Odstupanje vozila različitih konfiguracija položaja težišta od zadane putanje kod ispitne procedure dvostruke promjene pravca gibanja U tablici 2.4. dane su vrijednosti odstupanja pojedine konfiguracije.
Tablica 2.4. Odstupanje vozila od zadane putanje kod DLC ispitne procedure
Ostupanje od zadane bočne putanje (m) Zadano 3,5 Osnovno 3,8508 Sprijeda 3,7552 Straga 3,9283
Na slici 2.13. prikazan je utjecaj duljine minibusa na moment na upravljaču. Može se očitati da što je manji međuosovinski razmak to je i manji moment na upravljaču. Na slici 2.14. prikazan je utjecaj međuosovinskog razmaka na mogućnost praćenja zadane putanje, i vidi se da međuosovinski razmak nema velikog utjecaja na mogućnost praćenja putanje.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 16 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 2.13. Ovisnost momenta na upravljaču o vremenu za tri različite konfiguracije
Slika 2.14. Odstupanje vozila različitih konfiguracija duljine od zadane putanje kod DLC ispitne procedure
Fakultet strojarstva i brodogradnje 17 Marin Antolović Diplomski rad
2.3.5. Sinusoidalna pobuda volanom
Ispitna procedura namijenjena ispitivanju upravljivosti vozila. Vozilo se pobuđuje sinusoidalnom pobudom upravljačem (engl. Sine Wave Steer Input). Kod ove ispitne procedure promatraju se tri različite duljine vozila. Brzina s kojom se izvodila procedura iznosi 80 km/h. Promatra se veličine:
kut zakreta vozila oko uzdužne osi, ,
brzina vozila u poprečnom smjeru, v y i
moment na upravljaču vozila, M H .
Slika 2.15. Ovisnost momenta na upravljaču p kutu zakreta upravljača kod Sine Wave Steer Input procedure Prema slici 2.15. može se zaključiti kako moment na upravljaču raste s povećanjem međuosovinskog razmaka. Moment je najmanji kod najkraće konfiguracije.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 18 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 2.16. Utjecaj duljine vozila na bočno ubrzanje kod Sine Wave Steer Input procedure Na temelju slike 2.16. zaključuje se kako kraći minibus ima najveće bočno ubrzanje što je posljedica najmanjeg međuosovinskog razmaka. 2.4. Usporedba rezultata simulacije voznih procedura
Kraća Osnovna Dulja Test Testna procedura konfiguracija konfiguracija konfiguracija Riblja udica (engl. Fishhook) Stabilnosti Pobuda volanom koja +- +- izaziva prevrtanje vozila (engl. Rollover Steer Input) Tranzijentna sinusoidalna Udobnosti pobuda (engl. Bounce Sine + Sweep) Dvostruka promjena pravca gibanja (engl. Double Lane + Change) Upravljivosti Sinusoidalna pobuda upravljačem (engl. Sine Nema velikih razlika između rezultata Wave Steer Input)
Fakultet strojarstva i brodogradnje 19 Marin Antolović Diplomski rad Može se zaključiti da je dulja konfiguracija najudobnija zato što je masa vozila najveća a ista je krutost opruga kod svih ispitanih konfiguracija duljine. 2.5. Opterećenja na kotaču
Općenito, kako bi se mogli proračunati dijelovi ovjesa, potrebno je odrediti sile i opterećenja na mjestu dodira kotača i podloge. Vertikalne sile mijenjaju svoje vrijednosti zbog nepravilnosti podloge, uslijed rotacije vozila oko poprečne osi prilikom ubrzanja ili kočenja, uslijed rotacije vozila oko uzdužne osi koje nastaju pri prolasku kroz zavoj ili zbog nekih drugih bočnih poremećajnih sila.
Slika 2.17. Koordinatni sustav gume prema standardu SAE J670 [6.] Najznačajnije vertikalne sile nastaju uslijed vožnje po nepravilnoj podlozi. Te sile se preko ovjesa vozila prenose na ostatak vozila. Od tuda i proizlazi jedna od najbitnijih funkcija ovjesa, a to je prigušenje sila i trenja, odnosno smanjenje utjecaja tih sila na ostatak vozila a posebice na vozača i putnike u vozilu. Na slici 2.18. prikazani su primjeri vertikalnih pobuda koje se promatraju pri ispitnim procedurama vezanih za udobnost vožnje. Takve pobude omogućuju analizu opterećenja a u konačnici i određivanje karakteristika elemenata i sustava vozila.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 20 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 2.18. Vrste vertikalnih pobuda vozila [6.] Karakteristične ispitne procedure vezane za sinusoidalnu pobudu su: sinusoidalni profili podloge zamaknuti za lijevi i desni kotač (engl. Chassis Twist Road) , tranzijentna sinusoidalna pobuda (engl. Bounce Sine Sweep) itd. Udarnu pobudu može se promatrati kod ispitne procedure prelaska preko prepreke s oštrim rubom (engl. Small sharp bump), a stohastičku pobudu kod vožnje ispitnog vozila po kolotrazima. Konfiguracija vozila koja je podvrgnuta testu je najdulje vozilo i to s maksimalnim brojem putnika, odnosno vozilo s najvećom masom. Kod najdulje konfiguracije uzeto je da je maksimalni broj putnika 35, tako da je na ukupnu masu vozila od 6000 kg dodano još 2500 kg, što bi značilo da je ukupna masa vozila 8500 kg.
Slika 2.19. Dimenzije najdulje konfiguracije minibusa Na slici 2.20. prikazane su vrijednosti vertikalnih sila na kotaču kod tranzijentno sinusoidalno pobuđene ispitne procedure (engl. Bounce Sine Sweep). Fakultet strojarstva i brodogradnje 21 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 2.20. Vertikalna sila na pojedinom kotaču kod Bounce Sine Sweep procedure Na slikama 2.21., 2.22., 2.23. prikazane su vrijednosti vertikalnih, poprečnih i uzdužnih sila na kotačima kod sinusoidalne pobude različite za lijeve i desne kotače (engl. Chassis Twist Road).
Slika 2.21. Vertikalna sila na pojedinom kotaču kod Chassis Twist Road procedure Fakultet strojarstva i brodogradnje 22 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 2.22. Poprečna sila na pojedinom kotaču kod Chassis Twist Road procedure
Slika 2.23. Uzdužna sila na pojedinom kotaču kod Chassis Twist Road procedure Na slici 2.24. prikazane su vrijednosti vertikalnih sila na kotačima kod ispitne procedure prelaska preko prepreke s oštrim rubom (engl. Small sharp bump). Fakultet strojarstva i brodogradnje 23 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 2.24. Vertikalna sila na pojedinom kotaču kod Small Sharp Bump procedure Kod RSI procedure promatra se poprečna sila na kotačima. Vrijednosti sila prikazane su na slici 2.25..
Slika 2.25. Poprečna sila na kotačima kod Rollover Steer Input procedure Fakultet strojarstva i brodogradnje 24 Marin Antolović Diplomski rad U pogonskim uvjetima sile koje djeluju na komponente i sustave vozila su uzdužne, bočne i vertikalne sile (slika 2.26.).
Slika 2.26. Promjena sila u pogonu kod vožnje po pravcu, vožnje u krivinama i kod kočenja [8.] Postoje specifične vrste opterećenja, situacija u vožnji, kao što su naprimjer vožnja u zavoju, kočenje, vožnja po pravcu itd. Za svaku od tih situacija u vožnji vrši se proračun naprezanja. Da bi se mogla računati naprezanja potrebno je znati statičko opterećenje odnosno, vertikalne sile na kotaču uslijed mase vozila.
Slika 2.27. Pojednostavljeni prikaz sila na mjestu dodira kotača i podloge [6.] Dinamička opterećenja kod specifičnih situacija u vožnji mogu se izračunati preko vrijednosti dinamičkih faktora koji su određeni mjerenjem za konkretno vozilo i za konkretne uvjete vožnje.
Ti parametri uvelike olakšavaju izračun dinamičkih opterećenja. U tablici 2.5. dan je prikaz tih parametara.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 25 Marin Antolović Diplomski rad Tablica 2.5. Prikaz dinamičkih faktora opterećenja [8.] Dinamički faktor opterećenja Opterećenje nz ny nx
Vožnja po pravcu nz,s ±ny,s nx,s
Vožnja u zavojima nz,Ka, nz,Ki ny,Ka, ny,Ki -
Kočenje nz,b nx,b
Kako proučavamo stražnju osovinu i stražnji ovjes onda ćemo uzeti statičko opterećenje stražnje osovine. Njega možemo izračunati ili ga možemo očitati iz prethodnih grafova kao vertikalnu silu u stanju mirovanja odnosno u početnoj fazi ispitne procedure.
Statičko opterećenje jednog kotača stražnje osovine iznosi FNn 2 1 1 9 3 ,5 2 . Ukupno
opterećenje stražnje osovine iznosi FNn 4 2 3 8 7 ,0 4 .
Vrijednosti dinamičkih faktora odabrani su za osovinu nosivosti 7 tona prema [8.], a prikazani su u tablici 2.6..
Tablica 2.6. Vrijednosti dinamičkih faktora [8.] Dinamički faktor opterećenja Opterećenje nz ny nx
Vožnja po pravcu 2,3 ±0,35 0,5
Vožnja u krivinama 1,5 , 0,5 0,9 , -0,4 - Kočenje 2,2 1,4
U nastavku su opterećenja računata za svaki kotač zasebno, ne za cijelu osovinu. Maksimalno dinamičko opterećenje pri vožnji po pravcu računa se prema izrazu:
FnFZZ,S,, SZ stat (2.2) FkNZ ,S 2,321,248,76
Dodatna poprečna sila računa se prema izrazu:
FY,S n Y,S F Z , stat (2.3) FY,S 0,35 21,2 7,42 kN
Dodatna uzdužna sila prema izrazu:
FX,S n X,S F Z , stat (2.4) FX,S 0,50 21,2 10,6 kN
Fakultet strojarstva i brodogradnje 26 Marin Antolović Diplomski rad Maksimalno opterećenje pri vožnji u zavojima računa se prema izrazima:
FZ,K,a n Z,K,a FZ , stat
FZ,K,a 1,50 21,2 31,8 kN
FY,K,a n Y,K,a FZ , stat
FY,K,a 0,9 21,2 19,08 kN (2.5) FZ,K,i n Z,K,i FZ , stat
FZ,K,i 0,50 21,2 10,6 kN
FY,K,i n Y,K,i FZ , stat
FY,K,i 0,4 21,2 8,48 kN
Maksimalno opterećenja pri kočenju računa se prema izrazu:
FnFZ,bZ,b,Zstat
FkNZ,b 2,221,246,64 (2.6) FnFX,bX,b,Zstat
FkNX,b 1,421,229,68
Iz slike 2.21. može se očitati najveće vertikalno opterećenje kotača, a ono iznosi
Fz_ L 2 F z _R 2 41,5 kN . Računski dinamičko opterećenje iznosi FZ ,S 48,76 kN . Najveća
uzdužna sila očitana iz slike 2.23. iznosi FFkNx_2_RL 232,2 dok najveća izračunata
uzdužna sila iznosi 29,68 kN. Očitana najveća poprečna sila 2.25. iznosi FkNy_2L 20,9 , a
izračunata FkNY,K,a 19,08 . 2.6. Proračun pogonskog sustava
U završnom radu [9.] izračunate su potrebne karakteristike pogonskog sustava.
Slika 2.28. Sile otpora vožnje koje djeluju na vozilo za vrijeme vožnje [9.]
Fakultet strojarstva i brodogradnje 27 Marin Antolović Diplomski rad Vozilo je bilo podvrgnuto Braunschweig ispitnom voznom ciklusu (slika 2.29.), ciklus namijenjen autobusima za javni gradski prijevoz, u periodu od 8 sati. U obzir su uzete sile otpora kotrljanja Fk , otpora zraka FZ , otpora uspona Fu , otpora ubrzanja Fa . Kod Braunschweig ispitnog voznog ciklusa jedna vožnja traje 1740 sekundi, zatim slijedi stajanje od 600 sekundi. Vozilo u jednom radnom danu, koji traje 8 sati, 12 puta prijeđe liniju, odnosno u jednom danu vozilo prijeđe 131 km.
Slika 2.29. Braunschweig ispitni vozni ciklus [10.] Tablica 2.7. Art.Kinema parametri Braunschweig ispitnog voznog ciklusa [10.] Parametar Vrijednost Parametar Vrijednost parametra parametra
Ukupna udaljenost 10900,32 m Prosječna brzina puta 22,6 km/h
Ukupno vrijeme 1740 s Maksimalna brzina 58,21 km/h
Vrijeme vožnje 1452 s (83,45 %) Prosječna brzina vožnje 27,03 km/h
Vrijeme utrošeno na 712 s (40,92%) Standardna devijacija brzine 16,61 km/h ubrzavanje
Vrijeme utrošeno na 495 s (28,45 %) Prosječno pozitivno 0,424 m/s2 usporavanje ubrzavanje
Vrijeme utrošeno na 369 s (21,21 %) Prosječno negativno -0,595 m/s2 kočenje ubrzavanje
Vrijeme stajanja 288 s (16,55 %) Broj ubrzanja 52
Broj stajanja 26
Prosječno vrijeme stajanja 11,08 s
Fakultet strojarstva i brodogradnje 28 Marin Antolović Diplomski rad Na temelju Braunschweig ispitnog voznog ciklusa te otpora koji su uzeti u obzir proračunava se potrebna vučna sila te snaga i moment na kotačima. Preko tog ispitnog ciklusa dobije se da je potrebno 8,3 kWh energije za odvoziti liniju, a kako ima 12 linija dobije se da su potrebne baterije od otprilike 100 kWh. Proračunato je i da vozilo regenerativnim kočenjem uspije vratiti u baterije 2,69 kWh što znači da bi se mogle odabrati baterije s manjim kapacitetom međutim, ako vozilo vozi po dionicama gdje nema toliko kočenja kao u ispitnoj proceduri onda nam se vrati manje energije u baterije. Vučna sila, moment na kotačima te snaga na kotačima i snaga elektromotora se računaju prema izrazima:
FFFFFNVKZUa ,
MFrNmpVd ,
PFvkWkotV , (2.7)
Pkot PkWEM . m
Izračunati podatci prikazani su u tablici 2.8..
Tablica 2.8. Potrebne karakteristike pogonskog sustava [9.] Kapacitet baterija 100 kWh
Potrebna snaga, PEM (kW), prema:
kriteriju maksimalne brzine (58,2 km/h) 18 kriteriju maksimalne brzine (90 km/h) 44 kriterij maksimalnog ubrzanja 81 kriterij maksimalnog uspona (30 %, 20 km/h) 117,5
Potrebni moment na kotačima, M p (Nm) 7406
Potrebna brzina vožnje, v (km/h) 90
Fakultet strojarstva i brodogradnje 29 Marin Antolović Diplomski rad
3. Pregled postojećih rješenja na tržištu
U ovom poglavlju prikazani su neki od postojećih električnih i hibridnih autobusa, i dani su njihovi tehnički podatci. Dan je popis najvećih proizvođača kompletnih hibridnih pogonskih sustava i prikazane su neke od komponenata električnog pogonskog sustava. 3.1. Proizvođači hibridnog pogonskog sustava
Popis najvećih proizvođača kompletnih hibridnih pogona dan je u tablici 3.1..
Tablica 3.1. Najveći proizvođači hibridnih pogona [11.] Proizvođač Pogonski sustav Vrsta Zemlja BAE HybriDrive Serijska SAD Allison EP40/EP50 Serijsko-paralelna SAD ISE ThunderVolf Serijska SAD Siemens ELFA Serijska Njemačka Eaton EHPS Paralelna SAD Volvo I-SAM Paralelna Kanada Voith DIWAhybrid Paralelna Njemačka
3.1.1. MANLion`s City Hybrid
MAN Lion´s City je serija niskopodnih autobusa proizvedena od strane Njemačke tvrtke MAN Truck & Bus. Proizvode se s Dieselovim pogonskim motorom, s pogonom na komprimirani prirodni plin, ukapljeni naftni plin, postoji još i Diesel-električna hibridna izvedba te izvedba s pogonom na gorive ćelije.
Slika 3.1. MAN Lion`s City Hybrid [12.] Fakultet strojarstva i brodogradnje 30 Marin Antolović Diplomski rad U tablici 3.2. dane su karakteristike MAN Lion´s City Hybrid autobusa.
Tablica 3.2. Tehnički podatci MAN Lion´s City Hybrid autobusa [12.] Naziv MAN Lion´s City Hybrid
Prostor Max. 36 sjedećih mjesta i 62 stajaćih mjesta
Baterije 6 zrakom hlađenih ultrakondenzatora, svaki se sastoji od 24 ćelije, maksimalne snage punjenja/pražnjenja 200 kW, kapacitet 0,5 kWh, 400-750 V naponski sustav
Izvedba Serijski hibridni pogon
Pogonski sustav Stražnji pogon, Dieselov pogonski motor (6 cilindara, izlazne snage 184 kW, 1050 Nm), Generator: sinkroni generator izlazne snage 150 kW, Elektromotor: dva asinkrona paralelno spojena elektromotora s pojedinačnom izlaznom snagom od 75 kW
Dimenzije, 2500 x 11980 x 2880, WLH , (mm) Međuosovinski razmak 5875 mm
Na slici 3.2. prikazan je pogonski sklop MAN Lion´s City Hybrid autobusa.
Slika 3.2. Izvedba pogonskog sustava MAN Lion´s City Hybrid autobusa [12.] 3.1.2. Mercedes-Benz Citaro Hybrid
Razvijen je za upotrebu u gradskom transportu. Mala emisija štetnih ispušnih plinova te mala potrošnja goriva neke su od karakteristika ovog gradskog autobusa. Kod ovog modela robustan elektromotor disk oblika smješten je između motora s unutarnjim izgaranjem i automatskog mjenjača.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 31 Marin Antolović Diplomski rad Prilikom kočenja elektromotor radi kao generator te na taj način stvara električnu energiju i puni baterije.
Slika 3.3. Mercedes-Benz Citaro Hybrid [13.] U tablici 3.3. dane su karakteristike Mercedes-Benz Citaro Hybrid autobusa.
Tablica 3.3. Tehnički podatci Mercedes-Benz Citaro Hybrid autobusa [13.] Naziv Mercedes-Benz Citaro Hybrid
Prostor Max. 26 sjedećih mjesta i 60 stajaćih mjesta
Baterije Ultrakondenzatori, dva modula svaki s 16 kondenzatora, 48 V sustav
Pogonski sustav Stražnji pogon, Dieselov pogonski motor (6 cilindara, izlazne snage 220 kW, 1200 Nm), Elektromotor: smješten između MSUI i mjenjača, izlazne snage 14 kW i momenta 220 Nm
Dimenzije, 2550 x 3170 WH , (mm)
3.1.3. Volvo 7900 Hybrid
Hibridni autobus proizvođača Volvo koristi paralelni hibridni pogon. Značajno smanjenje emisija štetnih plinova, emisije CO2 , smanjenje potrošnje goriva te miran i tihi rad neke su od karakteristika ovog autobusa.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 32 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 3.4. Volvo 7900 Hybrid [14.] U tablici 3.4. dane su karakteristike Volvo 7900 Hybrid autobusa.
Tablica 3.4. Tehnički podatci Volvo 7900 Hybrid autobusa [14.] Naziv Volvo 7900 Hybrid
Prostor Max. 34 sjedećih mjesta, 51 stajaćih mjesta te jedno mjesto za invalidska kolica
Baterije Litij ionske baterije
Izvedba Paralelni hibridni pogon
Pogonski sustav Stražnji pogon, Dieselov pogonski motor (4 cilindra, izlazne snage 176 kW, 918 Nm), Elektromotor: Volvo I-SAM izlazne snage 117 kW i 800 Nm izlaznog momenta
Masa Dozvoljeno 19000 kg.
Dimenzije, 2550 x 12000 x 3280 WLH , (mm)
Fakultet strojarstva i brodogradnje 33 Marin Antolović Diplomski rad Na slici 3.5. prikazan je pogonski sklop Volvo 7900 Hybrid autobusa.
Slika 3.5. Izvedba pogonskog sustava Volvo 7900 Hybrid autobusa [14.] 3.1.4. Mercedes-Benz Cito Hybrid
Niskopodni minibus proizvođača EvoBus. Proizvodio se u razdoblju od 1999 do 2003. godine. Vrlo je uzak kao bi mogao prolaziti kroz uske ulice. Proizvodio se u verzijama s duljinama od 8,1 m s 12 sjedala, 8,9 m sa 16 sjedala te 9,6 m s 20 sjedala. Pogonska grupa smještena je u stražnjem modulu. U njega je moglo stati ukupno 31-38 putnika. 2001. godine proglašen je za europski autobus godine. Imao je serijsku pogonsku grupu (Dieselov motor, generator i elektromotor) i elektroniku koja je nadzirala rad te pogonske grupe. Model je bio vrlo uspješan zbog svoje modularne gradnje koja će se primijeniti i u ovom radu.
Slika 3.6. Mercedes-Benz Cito [15.] U tablici 3.5. dane su karakteristike Mercedes-Benz Cito minibusa.
Tablica 3.5. Tehnički podatci Mercedes-Benz Cito minibusa [15.] Naziv Mercedes-Benz Cito
Prostor Max. 12-20 sjedećih mjesta, ukupno 31-38 putnika
Fakultet strojarstva i brodogradnje 34 Marin Antolović Diplomski rad Baterije Litij ionske baterije, 600 V DC naponski sustav
Izvedba Serijski hibridni pogon
Pogonski sustav Stražnji pogon, Dieselov pogonski motor (OM 904 LA, izlazne snage 125 kW, 630 Nm), Generator: Siemens, 85 kW, 450 Nm, izravno prihvaćen na MSUI, Elektromotor: Siemens asinkroni elektromotor snage 85 kW i 450 Nm
Dimenzije 2350 x 8100-9600 x 2945 WLH , (mm)
Na slici 3.7. prikazan je sklop i dijelovi Mercedes-Benz Cito minibusa.
Slika 3.7. Mercedes-Benz Cito [15.] 3.2. Primjeri električnih autobusa
Električni autobus može biti izveden kao: trolejbus, hibridni električni autobus, baterijski pogonjen autobus (plug-in autobus). Za punjenje normalnom brzinom, vozila imaju integriran punjač koji se spaja na normalnu električnu mrežu. Za brže punjenje, koristi se vanjski punjač, koji pretvara izmjeničnu struju (AC) u istosmjernu (DC). Osnovni dijelovi, ovisno o načinu punjenja i pogonskom elektromotoru, potrebni za izradu električnog vozila su: pogonski elektromotor, baterije, rashladni sustav baterija, DC-DC konverter, punjač baterija, DC-AC konverter te upravljač elektromotorom.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 35 Marin Antolović Diplomski rad Kod baterijskih električnih vozila sva energija za vožnju dobiva se iz kemijske energije pohranjene u baterijama koje se nalaze u vozilu. Kod električnih vozila postoje dvije vrste elektromotora koji se koriste za pogon, a to su: asinkroni (indukcijski) elektromotor te sinkroni elektromotor. Trofazni asinkroni motori trebaju izmjeničnu (AC) struju za rad. Kod e-vozila iz baterija se dobiva istosmjernu (DC) struju i bez invertera koji pretvara istosmjernu struju u izmjeničnu struju, elektromotor ovog tipa ne može funkcionirati. Također, frekvencijom izmjenične struje, koju je moguće mijenjati na inverteru, može se lako upravljati brzinom vrtnje elektromotora. Dodatkom bolje regulacije vrtnje brzine i tražene frekvencije struje koju inverter daje, dobivaju se mnogo bolji okretni momenti koje motor može dati.
Slika 3.8. Prikaz načina punjenja električnog vozila [16.] Postoje dva sustava punjenja električnih vozila (slika 3.8.). Za On-board punjenje je karakteristično to što se vozilo može konektorom spojiti direktno na izmjeničnu mrežu koja se koristi u kućanstvu. Takvo vozilo mora imati ugrađen sklop za punjenje koji taj izmjenični napon pretvara u istosmjerni kako bi se mogao pohraniti u baterije. Kod Off-board punjenja postoji stanica za punjenje koja ima u sebi ugrađen sustav za pretvorbu izmjenične struje u istosmjernu te se vozilo može direktno spojiti na takvu stanicu za punjenje što znači da nema potrebe za uređajem za punjenje u vozilu. Kod punjenja vozila istosmjernom strujom postoji komunikacija između punionice i vozila što znači da punionica prati stanje napunjenosti
Fakultet strojarstva i brodogradnje 36 Marin Antolović Diplomski rad baterija. Kod punjenja izmjeničnom strujom također postoji komunikacija, međutim ona ovisi o tipu utičnice koji se koristi.
Slika 3.9. Prikaz punionica tvtke ABB [17.] Tvrtka ABB nudi mogućnost punjenja autobusa i komercijalnih vozila na tri načina (slika 3.9.). Prvi način je noćno punjenje. Ovakav princip punjenja omogućuje punjenje više vozila odjednom. Namijenjeno je vozilima koji noću ne voze nego stoje parkirani pa se mogu puniti. Drugi način punjenja je preko automatskog sklopa koji se nalazi na krovu vozila. Takav način punjenja omogućuje relativno brz proces punjenja. Snaga punjenja iznosi 150- 600 kW. Koristi se kod vozila koji nakon što bave određenu rutu imaju vremena zaustaviti se na krajnjem odredištu minimalno 6 minuta (vrijeme trajanja punjenja). Zadnji način je takozvani “Flash-charging” tehnologija. Namijenjen je za vozila koja se često zaustavljaju, česta izmjena putnika, i na svakom stajalištu postoji posebna izvedba krovne punionice i vozilo se puni 20 sekunda.
Slika 3.10. Prikaz toka električnog napona unutar hibridnog vozila [18.] Na slici 3.10. prikazan je naponski sustav koji se koristi u hibridnim vozilima. Prikazan je i smještaj pojedinih konvertera te njihova zadaća.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 37 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 3.11. Prikaz ugradnje DC-DC konvertera tvrtke Brusa [19.] DC-DC konverter služi za pretvorbu visokonaponskog istosmjernog sustava (200-450V) u istosmjerni niskonaponski sustav (12 V – 24 V). Koristi se zato što pomoćni uređaji potrebni za rad MSUI i neki drugi sustavi koriste 12 V odnosno 24 V naponski sustav. Primjer DC-DC konvertera prikazan je na slici 3.11.. DC-AC konverter služi za pretvorbu istosmjernog napona koji se dobiva iz baterija u izmjenični napon potreban za pogon elektromotora odnosno pogonskog sklopa. Na slici 3.12. prikazan je jedan od mogućih načina ugradnje, smještaja DC-AC pretvornika.
Slika 3.12. Prikaz ugradnje DC-AC konvertera tvtke Brusa [19.] Upravljač elektromotora je kontroler, odnosno elektronički element u sustavu smješten između baterija i pogonskog elektromotora, a zadaća mu je regulacija brzine i ubrzanja vozila. Također kao kontroler pretvara i istosmjernu struju iz baterija u izmjeničnu struju za pogon elektromotora. On također može i okrenuti smjer vrtnje motora tako da vozilo može ići u suprotnom smjeru. U nastavku su prikazani neki od najnovijih električnih autobusa sa svojim tehničkim karakteristikama. 3.2.1. Mellor Coachcraft Orion E
Tvrtka Mellor Coachcraft stavila je na tržište prvi potpuno električni niskopodni minibus 2017. godine. Prednja strana minibusa je preuzeta sa Fiat Ducata od kojeg je preuzet i pogonski sustav zajedno s kotačima. Konstrukcija je izvedena tako da se Dieselov motor može lagano zamijeniti s elektromotorom. Na slici 3.13. prikazan je Orion E minibus.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 38 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 3.13. Mellor Coachcraft Orion E [20.] Proizvođač je na tržište stavio 4 različite konfiguracije ovog minibusa. Postoje dvije Coachback izvedbe kod kojih je ulaz u autobus smješten s bočne strane, te dvije Accessible izvedbe kod kojih je ulaz sa stražnje strane.
Slika 3.14. Orion E Coachback izvedba (lijevo) te Accessible izvedba (desno) [20.] U tablici 3.6. prikazane su osnovne karakteristike Orion E minibusa.
Tablica 3.6. Tehnički podatci Mellor Coachcraft Orion E autobusa [20.] Naziv Orion E
Prostor Max. 16 sjedećih mjesta, max. 3 invalidska mjesta (ovisno o konfiguraciji)
Baterije Litij-željezo-fosfatne (LiFeP04) kapaciteta 72 kWh, Sustav koristi 400 V istosmjernu struju
Pogonski sustav Prednji pogon preko elektromotora i reduktora, 158 kW vršna snaga, 93 kW nominalna snaga, najveći okretni moment iznosi 2500 Nm, a nominalni iznosi 1500 Nm
Masa vozila 5000 kg Dimenzije, 2200 x 7479 x 2645 , WLH , (mm) Međuosovinski razmak iznosi 4890 mm
Vrijeme punjenja 210 minuta
Fakultet strojarstva i brodogradnje 39 Marin Antolović Diplomski rad 3.2.2. Volvo 7900
Volvo 7900 serija autobusa može imati čisti električni pogon, hibridni pogon te pogon na komprimirani prirodni plin. Autobus je niskopodni.
Slika 3.15. Volvo 7900 electric [21.] U tablici 3.7. dani su tehnički podatci električne izvedbe autobusa.
Tablica 3.7. Tehnički podatci Volvo 7900 Electric autobusa [21.] Naziv Volvo 7900
Prostor Max. 34 sjedećih mjesta
Baterije Litij-ionske baterije 4 x 19 kWh, Sustav koristi 600 V sustav
Pogonski sustav Prednji pogon preko elektromotora i reduktora, Nominalna snaga iznosi 160 kW, Moment na izlazu s elektromotora iznosi 400 Nm,
Masa vozila 18000 kg
Dimenzije, WLH , (mm) 2550 x 12000 x 3280
Vrijeme punjenja Brzo punjenje, maksimalno 6 minuta 3.2.3. Solaris Urbino 8.9 LE
Tvrtka Solaris Bus & Coach 2011. godine predstavila je mali gradski niskopodni autobus. Autobus je opremljen električnim pogonom tvrtke Vossloh Kiepe, četveropolnim asinkronim elektromotorom snage 120 kW. 2017. godine ova serija autobusa proglašena je autobusom godine. Maksimalna autonomija iznosi 100 km, a maksimalna brzina 50 km/h.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 40 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 3.16. Solaris Urbino 8.9 LE [22.] U tablici 3.8. dani su tehnički podatci.
Tablica 3.8. Tehnički podatci Solaris Urbino 8.9 LE autobusa [22.] Naziv Solaris Urbino 8.9 LE
Prostor Broj sjedećih mjesta je od 21 do 29
Baterije Litij-ionske baterije 2 x 60,45 kWh, Sustav koristi 600 V sustav
Pogonski sustav Stražnji pogon. Nominalna snaga iznosi 120 kW odnosno 160 kW, Moment na izlazu s elektromotora iznosi 1400 Nm
Masa vozila 9800 kg
Dimenzije, 2400 x 8950 x 3250 WLH , (mm)
Vrijeme Trajanje punjenja iznosi 4 sata punjenja
Fakultet strojarstva i brodogradnje 41 Marin Antolović Diplomski rad
4. Moguća konstrukcijska rješenja
Na slici 4.1. su prikazana konstrukcijska rješenja pojedinih proizvođača.
Slika 4.1. Primjeri prijenosa snage sa pogonskog motora na kotač [23.] 4.1. Električne pogonske osovine
U ovoj poglavlju prikazane su električne pogonske osovine kod kojih su pogonski elektromotori s reduktorima integrirani u glavčini. 4.1.1. ZF-E mobility
AVE 130 pogonska osovina jedna je od primjera električne pogonske osovine. Dva vodom hlađena indukcijska motora ugrađena su u osovinu neposredno do kotača. Koriste se relativno velike brzine motora kako bi se isporučila ukupna snaga od 125 kW po kotaču, kombinirani izlaz od 250 kW. Zbog tih velikih brzina postoji dvostupanjska redukcija unutar same glavčine kotača.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 42 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 4.2. ZF AVE 130 [24.] U tablici 4.1. prikazani su tehnički podatci AVE 130 pogonske osovine.
Tablica 4.1. Tehnički podatci pogonske osovine ZF AVE 130 [24.] Maksimalno opterećenje osovine 13000 kg
Maksimalni izlazni moment 2 x 11000 Nm Maksimalna snaga elektromotora 2 x 125 kW
Maksimalna brzina vrtnje kotača 485 min-1
Prijenosni omjer 22,66:1
Dimenzije kotača 275/70 R22.5
Kočnice Ventilirajuće disk kočnice
Masa pogonske osovine 1220 kg
Pogonski elektromotori 2 trofazna asinkrona motora
Nominalni napon 400 V
Nominalna jakost struje 115 A
4.1.2. Ziehl-Abegg
Sljedeći veliki proizvođač električnih pogonskih osovina je tvrtka Ziehl-Abegg. Razlika električne pogonske osovine tvrtke Ziehl-Abegg i osovine ZF AVE 130 je u korištenju reduktora. Pogonska osovina ovog proizvođača nema reduktor u glavčini kotača. Može se ugraditi u električna vozila, serijska hibridna vozila, niskopodne gradske autobuse te u vozila posebne namjene. Fakultet strojarstva i brodogradnje 43 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 4.3. Električni pogonski modul tvrtke Ziehl-Abegg [25.] U tablici 4.2. prikazani su tehnički podatci Ziehl-Abegg pogonske osovine..
Tablica 4.2. Tehnički podatci pogonske osovine tvrtke Ziehl-Abegg [25.] Maksimalno opterećenje osovine 13000 kg
Nazivni izlazni moment 3700 Nm
Nazivna snaga elektromotora 120 kW
Raspon brzine vrtnje kotača 0-500 min-1
Dimenzije kotača 275/70R22,5
Kočnice Ventilirajuće disk kočnice
Masa pogonske osovine 440 kg Hlađenje Vodom hlađeni dijelovi
Nominalni napon 625 VDC
Nominalna jakost struje 230 A
4.2. Ostale komponente hibridnog/električnog pogonskog sustava
Osim gotovih rješenja pogonskih osovina, pogonski modul može se sastaviti od elemenata prikazanih u ovom poglavlju. 4.2.1. Siemens ELFA
ELFA je modularni pogonski sustav s iznimno velikom fleksibilnošću što znači da proizvođač vozila može konfigurirati hibridni pogon prema vlastitim željama. Potrošnja goriva i emisije mogu se smanjiti optimalnom kombinacijom i pametnim upravljanjem energijom. Fakultet strojarstva i brodogradnje 44 Marin Antolović Diplomski rad Prednosti: značajno smanjenje potrošnje energije i emisije, moguć je rad s nultom emisijom promatrano lokalno u centrima gradskih područja, značajno smanjenje buke, veća udobnost, glatko pokretanje, izuzetno pouzdan pogonski sustav, jedan izvor za sve komponente: motor, generator, pretvarač i regulator, modularni hibridni sustav za maksimalnu fleksibilnost i ekonomičnost.
Slika 4.4. Siemens ELFA dijelovi (1., 2. slika -elektromotori, 3., 4.-generatori) [26.] U tablici 4.3. prikazani su tehnički podatci ELFA sustava.
Tablica 4.3. Tehnički podatci elektromotora i generatora sustava Siemens ELFA [26.]
Nazivna Nazivni Nazivna Maksimalna Dimenzije Napon Oznaka snaga moment jakost brzina vrtnje (LxWxH) (V) (kW) (Nm) struje (A) (min-1) (mm)
AC indukcijski
1PV5138- 650 85 220 142 10000 510x245x245 4WS24
PM sinkroni
Elektromotor 1DB2024– 750 320 2900 360 3500 660x510x500 WS36
1FV5139- 650 85 320 170 4000 560x245x245 6WS28
1FV5168-
Generator 650 180 700 265 4000 590x300x300 8WS24
Slika 4.5. Krivulje performansi PM motora (lijevo) i generatora 1FV5168-8WS24 (desno) [26.]
Fakultet strojarstva i brodogradnje 45 Marin Antolović Diplomski rad Ovakav sustav omogućuje jednostavno prebacivanje s Diesel-električnog pogona na potpuno električni pogon. Na slici 4.6. prikazane su konfiguracije pogonskih sustava kod kojih se može koristiti ELFA sustav.
Slika 4.6. Siemens Elfa primjena kod svih pogona [27.] 4.2.2. Tm4 electrodynamic system
Ovaj proizvođač nudi konfiguraciju (SUMO MD, HD, HP) pogonskog sklopa kod kojeg je pogonski elektromotor spojen preko kardanskog vratila na diferencijal kako je prikazano na slici 4.7.. Može se ugrađivati i koristiti kod gradskih autobusa, dostavnih kamiona, kod vozila koja se koriste za razminiravanje, u brodogradnji te kod ostalih teških teretnih vozila.
Slika 4.7. TM4 sumo md pogon [28.] U tablici 4.4. prikazani su tehnički podatci SUMO MD sklopa.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 46 Marin Antolović Diplomski rad Tablica 4.4. Tehnički podatci SUMO MD konfiguracije pogonskog sklopa [28.]
Raspon brzine Nazivni moment Masa Duljina Inverter Nazivna snaga (kW) vrtnje, (min-1) (Nm) (kg) (mm)
SUMO MD CO150-HV 100 0-3250 680 HV1500-3P
SUMO MD CO150-HV 100 0-3250 680 180 411 HV1800-3P
SUMO MD CO150-HV 145 0-2700 1150 HV2200-3P
SUMO MD CO200-MV 115 0-3000 1140 HV2500-6P
SUMO MD CO200-HV 140 0-3000 1065 HV3000-6P
SUMO MD CO200-HV 120 0-3500 605 HV2400-6P 180- 419-
SUMO MD 212 478 CO200-HV 132 0-3500 685 HV2100-6P
SUMO MD CO200-HV 190 0-3700 990 HV2200-6P
SUMO MD CO200-HV 155 0-3500 970 HV2600-6P
Slika 4.8. Dimenzije invertera i motora/generatora SUMO MD, SUMO HD i SUMO HP konfiguracije [28.]
Fakultet strojarstva i brodogradnje 47 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 4.9. Krivulje momenta u ovisnosti o brzini vrtnje sa različite konfiguracije pogonskog sklopa [28.] 4.3. Ovjes
Zadaće ovjesa su:
Osigurati sigurnu i udobnu vožnju,
Vođenje kotača kako bi bilo što manje trošenje pneumatika i dijelova samog ovjesa,
Smanjiti vibracije i buku nastale na mjestu kontakta kotača i podloge. Osnovni dijelovi ovjesa su: vodilice kotača, opružno prigušni elementi (amortizeri) i stabilizatori. Osnovna podjela ovjesa je na krute osovine, polukrute osovine i na neovisni ovjes. 4.3.1. Kruta osovina
Na počecima se smatralo da ovješenje stražnjih kotača mora biti izvedeno krutom osovinom. Karakteristično za krutu osovinu je da su pogonska vratila kotača i diferencijal osovine spojeni u kruti sklop odnosno stražnji most, koji je opružno-prigušnim elementima učvršćen na karoseriju. Najjednostavniji i najjeftiniji način ovješenja stražnjih kotača je s lisnatim oprugama. Problem sa ovakvim ovjesom je u velikim neovješenim masama. Kako bi se to smanjilo razvile su se krute osovine s odvojenim pogonom (De Dion ovjes), kod koje je poprečno vođenje stražnje osovine bilo izvedeno s Wattovom ili Panhardovom polugom. Aksijalno vođenje, izjednačavanje, osigurano je s dvije uzdužne vodilice. Prednosti takve osovine su: jednostavna i robusna konstrukcija, jeftina izvedba ovjesa koja može podnijeti velika statička i dinamička opterećenja, zadržavanje bočnog nagiba kotača pri paralelnom progibu, nema promjene usmjerenosti i traga kotača pri kočenju i ubrzanju. Fakultet strojarstva i brodogradnje 48 Marin Antolović Diplomski rad Nedostaci su: asimetrično progibanje jednog kotača utječe na drugi, pa pozitivan bočni nagib, primjerice lijevog kotača, izaziva negativan desnog. Velike neovješene mase povećavaju rizik poskakivanja kotača i gubitka prianjanja na valovitoj podlozi uz loše samo-stabiliziranje i rizik nekontroliranog zanošenja. Smanjuje se neovisni prostor jer je nužno osloboditi prostor po cijeloj širini vozila za progibanje krutog ovjesa s diferencijalom.
4.3.1.1. Brist Axle
Tvrtka BRIST Axle nudi kompletan paket prednjih i stražnjih pogonskih osovina, s ciljem ispunjavanja svih tehničkih zahtjeva kupaca u jedinstveno prilagođenim konfiguracijama, u najekonomičnijoj mjeri. Neki od najpoznatijih kupaca su ISUZU i BMC. Isuzu je vodeći Europski proizvođač autobusa dok je BMC jedna od vodećih automobilskih industrija. Za Isuzu, tvrtka BRIST Axle proizvela je RDD 45-176 Deep Drop Rigid Front i RDA 65- 175/A35 stražnju pogonsku osovinu (Z-Drive) uključujući (35°) kutnu pogonsku jedinicu. Z-drive je jedinstvena konfiguracija razvijena za autobuse s motorom smještenim u poprečnom rasporedu. Takva osovina isporučuje se sa svojom jedinicom kutnog pogona smještenom pod kutom od 35 stupnjeva kao što je prikazano na slici 4.10..
Slika 4.10. Z drive RDA 65-175 / A35 [29.] Na slici 4.11. prikazani su tehnički podatci RDA stražnje pogonske osovine i ADU kutne pogonske jedinice
Fakultet strojarstva i brodogradnje 49 Marin Antolović Diplomski rad
Naziv RDA 65-175 / A35
Maks. opterećenje (kg) 6500
Hod kotača (mm) ± 85
Prijenosni omjer 4,45:1
Dimenzije kotača 245/75 R17,5˝
Tip ovjesa Zračni ovjes, 4 jastuka
Dimenzije naplatka 17,5˝x6,75˝ , 205 mm
Kočnice Zračne kočnice
Naziv Kutni pogon, ADU 35
Maks. ulazna snaga (kW) 150
Maks. ulazna brzina (min-1) 4500
Maks. ulazni moment (Nm) 4590
Prijenosni omjer 0,967:1
Masa (kg) 64
Slika 4.11. Dimenzije i tehnički podatci za osovinu RDA 65-175 / A35 [29.] 4.3.2. Neovisni ovjes
Kod neovisnog ovjesa, kotači su u cijelosti neovisni što znači da progibanje jednog kotača ne utječe na progib drugog kotača. Kod prednjeg ovjesa najčešće se koriste dvostruke poprečne vodilice, uzdužne vodilice te McPhersonov ovjes. Stražnji ovjes se najčešće izvodi s uzdužnim i dijagonalnim vodilicama. Razlika između ovjesa s opružnom nogom i poprečnom vodilicom te ovjesa s dvije poprečne vodilice je u tome što je gornja vilica zamijenjena s McPherson opružnom nogom. Na nju je pričvršćen rukavac kotača. Amortizer je s karoserijom vezan gumeno-metalnim blokom. Između ove pričvrsne točke i tanjura opruge na cilindru amortizera postavljena je zavojna opruga.
4.3.2.1. Advanced Design Solution
Širok asortiman proizvoda pokriva 5 glavnih linija proizvoda AX40, AX60 / AX60LP, AX55 / AX75, AX80 / 90 i AX95, pogodne za veliki raspon vozila polazeći od laganih brzih vozila do teških APC ili MRAP vozila. Kompaktna, skladna konstrukcija. Mnogo slobodnog podnog
Fakultet strojarstva i brodogradnje 50 Marin Antolović Diplomski rad prostora. Sve osovine dolaze s diferencijalom smještenim unutar nje. Kočnice su izvedene kao disk kočnice s ABS funkcijom.
Slika 4.12. AX80 pogonska osovina (gore), AX75 (dolje) [30.] U tablici 4.5. prikazani su tehnički podatci osovina koje bi se mogle koristiti kod izvedbe minibusa s neovisnim ovjesom.
Tablica 4.5. Tehnički podaci osovina AX 80 i AX 75 [30.]
AX 80 AX 75
Statičko opterećenje osovine Do 11500 kg 7500/8000 kg
Prijenosni omjer diferencijala 1,75 - 2,36 1,69
Prijenosni omjer unutar kotača 2,57 4,0
Ukupni prijenosni omjer 4,5 - 6,06:1 6,76:1
Maksimalni ulazni moment 12 000 Nm 8500 Nm
Maksimalna ulazna brzina 3000 min-1 3600 min-1
Opruge Spiralna opruga Spiralna opruga
Amortizer Hidraulički Hidraulički
Ukupni hod kotača 330 - 400 mm 300 - 400 mm
Maksimalni zakret kotača 35° 37,0°/29,5°
Pneumatske kočnice Brembo, Pneumatske kočnice Brembo, Kočnice ventilirajući disk Ø410 ventilirajući disk Ø430
Kotači 365/85 R20 395/85 R20 ili 365/80 R20
20“8 vijaka na promjeru 335 Dimenzije kotača 20“ 10 vijaka na promjeru 335 mm mm
Ukupna masa 870 kg 640 ili 740 kg
Fakultet strojarstva i brodogradnje 51 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 4.13. Dimenzije osovina AX 80 (lijevo) i AX 75 (desno) [30.] 4.4. Baterije
Baterija je spremnik energije. Količina pohranjene energije ovisi o kapacitetu. Kod hibridnog pogona baterija se (pored motora s unutarnjim izgaranjem) koristi kao izvor energije iz koje se crpi dodatni izvor energije kada energija dobivena od motora s unutarnjim izgaranjem nije dovoljna za savladavanje opterećenja vozila. Kada je opterećenje manje od proizvedene energije motora s unutarnjim izgaranjem, tada se baterija puni. Važno je napomenuti da je baterija vrlo važna komponenta kod regenerativnog odnosno generatorskog kočenja jer se u nju pohranjuje energija ostvarena tim kočenjem. Kod hibridnog pogona se najčešće koriste električne baterije, dok se kod nekih hibridnih pogona koristi hidraulički spremnik energije.
Tablica 4.6. Karakteristike baterija koje koriste različiti proizvođači autobusa [31.]
MERCEDES-BENZ Autobus MAN Lion`s City Hybrid Citaro G BlueTec Hybrid
6 zrakom hlađenih ultrakondenzatorskih Litij-ion baterija,
modula svaki s 24 ćelije, Kapacitet: 19,4 kWh,
Kapacitet: 0,5 kWh, Maksimalni snaga na izlazu: 240 kW, Spremnik Maksimalna snaga punjenja /pražnjenja: 200 Položaj: na krovu. energije kW,
Napon: 400-750 V,
Položaj baterija: na krovu.
Autobus VOLVO 7700 Hibrid SCANIA Etanol-hibrid
Ni-MH baterije Super kondenzatori
Kapacitet: 4,8 kWh, Kapacitet: 400 Wh, Spremnik Masa: 350 kg, 4x125-volti Maxwell BOOSTCAP energije Napon: 600 V, moduli, zrakom hlađeni,
Položaj: na krovu. Vijek trajanja:10-15 godina.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 52 Marin Antolović Diplomski rad Autobus SOLARIS Urbino 18 DIWA hibrid ORION VII Hibrid električni autobus
Ultrakondenzatori, Litij-ion baterija,
Kapacitet: 0,5 kWh, Kapacitet: 32 kWh, Spremnik Maxwell, 5x125 V, Masa: 364 kg, energije Masa: 410 kg. Vijek trajanja: 6 godina,
Položaj: na krovu.
4.4.1. Lithium Werks Valence
Tvrtka LithiumWerks Valence proizvodi Litij ionske baterije, u naponskom području od 12 V – 48 V, sa željezno fosfatnim kućištem. Naponski razredi su 12 V, 18 V, 24 V, 36 V i 48 V. Njihove baterije bile su ugrađene u prvi hibridni autobus koji je imao sustav brzog punjenja. Te baterije također koristi i tvrtka Optare za svoje električne autobuse (Versa EV). Baterije se mogu koristiti kod potpuno električnih vozila, hibridnih vozila te plug-in hibridnih vozila.
Slika 4.14. Valence baterije [32.] U tablici 4.7. prikazane su specifikacije U27-24XP i U24-24XP Valence baterija.
Tablica 4.7. Karakteristike Valence baterija [32.] U27-24XP U24-24XP Energija (kWh) 1,7 1,4 Nazivni napon (V) 25,6 25,6 Nazivni kapacitet (Ah) 69 56 Jakost električne struje punjenja (A) Preporučeno 35 28 Vršno 69 56 Vršna jakost struje pražnjenja (A) 138 112 Masa (kg) 18,6 15,8 Dimenzije (LxWxH mm) 306x172x225 260x172x225
Fakultet strojarstva i brodogradnje 53 Marin Antolović Diplomski rad 4.4.2. ENERDEL baterije
Tvrtka proizvodi baterijske pakete koji su namijenjeni pogonu komercijalnih vozila, autobusa i sl. Univerzalnost prihvata na nosivu konstrukciju omogućuje visoku integraciju baterijskog paketa. Omogućeno je i serijsko i paralelno spajanje više baterijskih paketa radi postizanja željenih karakteristika ukupnog baterijskog sklopa.
Slika 4.15. ENERDEL baterije [33.] U tablici 4.8. prikazane su specifikacije PE500-706, PE350-689, PP320-738-LP ENERDEL baterija.
Tablica 4.8. Karakteristike ENERDEL baterija [33.] PE500-706 PE-350-689 PP320-738-LP Raspored ćelija 168S-2P 180S-2P Modula u paketu 14 (12S-2P) 14 (12S-2P) 15(12S-2P) Ćelija u modulu 24 24 Ukupan broj ćelija 336 360 Maksimalan napon (V) 706 689 738 Minimalan napon (V) 504 420 450 Nazivni kapacitet (Ah) 50 35 32 Nazivna energija 31 21,2 21 (kWh) Maks. kontinuirana 150 70 160 struja pražnjenja (A) Maks. impulsna struja 250 105 350 pražnjenja (A) Maksimalna struja 110 70 160 punjenja (A) Dimenzije (mm) 1452x670x398 1405x627x397 2050x1116x279 Masa (kg) 318 265 430 Grijanje/hlađenje Zrakom ili tekućinom Zrakom ili tekućinom Zrakom
Fakultet strojarstva i brodogradnje 54 Marin Antolović Diplomski rad 4.4.3. LECLANCHE baterije
Tvrtka Leclanche nudi dvije opcije, prva opcija je velika snaga, a to pruža svojim LTO (Lithium Titanate cells) baterijama, a druga opcija je visoka količina energija G / NMC (Lithium Graphite / Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide cells) baterije. Također postoji opcija izrade baterija prema potrebama kupaca. Ovisno o tome gdje se baterija koristi (okolišni uvjeti), kolika je potrebna energija, potrebna snaga, konfigurira se baterija. Postoji i hibridna verzija baterije koja sadrži i LTO i G / NMC baterije što znači da imamo mogućnost velike snage i velike energije. Veće G / NMC baterije se koriste za punjenje preko noći, a manje LTO baterije za redovitije punjenje, kao što je na autobusnim stanicama tijekom dana.
Slika 4.16. Leclanche baterijski paketi [34.] U tablici 4.9 prikazane su specifikacije Leclanche baterijskih paketa.
Tablica 4.9. Karakteristike Leclanche baterijskih paketa [34.]
Modul
Vrsta baterije Litij-grafit / NMC Litij-Titanate ćelije
Sklop 60 ćelija; 3 paralelno i 20 serijski 60 ćelija; 3 paralelno i 20 serijski
Nazivni kapacitet (kWh) 9,6 4,2
Nazivni napon (V) 73 DC 46
Raspon napona (V) 60 – 84 DC 35-54
Nazivna struja punjenja (A) 129 90
Maks. jakost struje (A) 300 300
Dimenzije (WxHxD mm) 463x356x550 463x356x550
Sklop više baterija u zajedničko kućište
Broj modula 10 15
Nazivni napon (V) 730 DC -
Napon baterija (V) 600 – 840 DC 510-810 DC
Nazivna jakost struje (A) 129 180
Fakultet strojarstva i brodogradnje 55 Marin Antolović Diplomski rad Kapacitet sustava (kWh) 96 63
Broj ciklusa 8000 ciklusa na 80 % Do 15000 4500 ciklusa na 100 %
Dimenzije (HxWxD mm) 2300x1200x600 2300x1800x600
Masa (kg) 1300 1800
4.4.4. SKELE+ON Technologies
Tvrtka SKELE+ON Technologies proizvodi ultrakondenzatore za pohranu električne energije. Prednosti ultrakondenzatora u odnosu na normalne baterije su: veće temperaturno radno područje, veća sigurnost, trajanje je 1,2 milijuna km ili 200 000 radnih sati, visoka gustoća energije, vrijeme isplativosti je 3 godine.
Slika 4.17. SKELE+ON baterija [35.] U tablici 4.10. prikazane su specifikacije ultrakondenzatora koji se mogu koristiti kod mikrobuseva i minibuseva.
Tablica 4.10. Karakteristike SKELE+ON baterija [35.] Mikrobus Minibus Napon (V) 24 – 100 V 24 – 100 V Nazivna energija (kWh) < 4 kWh 4 – 20 kW Snaga baterija (kW) 5 – 20 kW 20 – 100 kW Ušteda energije 5 – 10 % 20 – 30 % Regenerativno vrijeme < 10 s < 25 s
Fakultet strojarstva i brodogradnje 56 Marin Antolović Diplomski rad 4.4.5. Bae system
Tvrtka BAE Systems proizvodi nekoliko sustava za pohranu električne energije. Najnoviji proizvod je spremnik energije ESS-3G-32K. Sustav koristi litij nikl mangan kobalt baterije (Li-NMC). Sustav podržava Start-Stop tehnologiju i postoji mogućnost spajanja na OBD.
Slika 4.18. Bae system baterija [36.] U tablici 4.11. prikazane su specifikacije Bae System baterija.
Tablica 4.11. Karakteristike Bae System baterija [36.]
Naziv ESS-3G-32K
Sastav Li-NMC
Nazivni kapacitet (kWh) 31,8
Vršna snaga sustava (kW) ±200
Nazivni napon (Vdc) 660
Temperaturni raspon primjene (°C) -40 do 52
Dimenzije (HxWxL) (mm) 343x1018x2167
Masa (kg) 520
Materijal kućišta Aluminij
4.5. Integrirani pogonski i prijenosni sustav
4.5.1. Xtrack
Novi set Xtrac P1227 integriranih laganih prijenosnika za električna vozila (ILEV) razvijen je kako bi mogao pratiti konkurenciju u sve većim tržišnim zahtjevima vezanih uz snažni jednostupanjski lagani prijenosnik. Ova serija proizvoda ima visoki izlazni moment što znači da se može koristiti kod širokog spektra električnih vozila. Prijenosnik je dizajniran kako bi se mogao koristiti u sklopu s motorima YASA P400, Avid AF130 ili AF230 ili BorgWarner HVH-250-090-SOM ili HVH-250-115-DOM. Mogu se Fakultet strojarstva i brodogradnje 57 Marin Antolović Diplomski rad koristiti i motori ostalih proizvođača sve dok je njihova maksimalna brzina vrtnje manja od 10000 min-1, a vršni okretni moment manji od 500 Nm po motoru. U tablici 4.12. prikazane su neke od karakteristika Xtrack pogonskih modula.
Tablica 4.12. Karakteristike Xtrack integriranih pogonskih modula [37.]
Prijenosnik s YASA P400C Prijenosnik s AVID AF130 Prijenosnik s BorgWarner HVH-250- motorom motorom 090-SOM motorom
Prijenosni omjer : 2,5-5:1 Prijenosni omjer : 2,5-5:1 Prijenosni omjer : 2,5-6:1
Vršni ulazni moment: 500 Nm Vršni ulazni moment: 500 Nm Vršni ulazni moment: 500 Nm po po motoru motoru
Max. ulazna brzina vrtnje: Max. ulazna brzina vrtnje Max. ulazna brzina vrtnje
10 000 min-1 10 000 min-1 10 000 min-1
Kućište od aluminijske legure Kućište od aluminijske legure Kućište od aluminijske legure L169 L169 L169
Masa: 45 kg Masa: 23 kg Masa: 28 kg
4.5.2. Magna
Tvrtka MAGNA nudi široku paletu proizvoda, sustava vezanih uz električna i hibridna vozila. Mogu se odabrati pojedinačni proizvodi a može se odabrati i cjeloviti pogonski sustav. Pojedinačni proizvodi uključuju prijenosnike snage, invertere dok cjeloviti sustav uključuje integrirani pogonski sustav koji se sastoji od invertera, elektromotora te prijenosnika.
Slika 4.19. Magna prijenosnici [38.] U tablici 4.13. dan je prikaz električnih pogonskih jedinica koje uključuju samo prijenosnik. Fakultet strojarstva i brodogradnje 58 Marin Antolović Diplomski rad Tablica 4.13. Karakteristike Magna prijenosnika [38.]
1eDT350 1eDT200 2eDT200
Naziv
Manja električna i Laka komercijalna Manja električna i hibridna Namjena hibridna vozila vozila do 3.5 t vozila
Najveći moment na 2500 3500 2500 kotačima (Nm)
Stupnjeva Jednostupanjski Jednostupanjski Dvostupanjski
Najveći ulazni 200 300 200 moment (Nm)
Masa (kg) 20 28 26
Dimenzije WxLxH 455x230x318 488x338x198 462x245x300 (mm)
Razmak prihvata motora I 157,5 210 188 diferencijala (mm)
12,06 prvi stupanj Prijenosni omjer 8,61:1 (9,89) 8,61:1 8,62 drugi stupanj
Snaga elektromotora 15-90 65-110 55-90 (kW)
U tablici 4.14. dan je prikaz električnih pogonskih jedinica koje uključuju inverter, elektromotor i diferencijal.
Tablica 4.14. Karakteristike Magna pogonskih jedinica [38.]
Naziv Visoko integrirani e- Visoko integrirani e- Visoko integrirani e-pogon pogon (niski) pogon (srednji) (visoki)
Fakultet strojarstva i brodogradnje 59 Marin Antolović Diplomski rad Namjena Manja električna i Srednja električna i Veća električna i hibridna hibridna vozila hibridna vozila vozila
Najveća snaga (kW) 76 140 253
Najveća brzina 13500 18000 16500 vrtnje (min-1)
Najveći moment na 1600 3800 5300 kotačima (Nm)
Inverter Nazivni napon: 360 V Nazivni napon: 360 V, Nazivni napon: 360 V, 76 kW za 30 s, 350 A 500, do 450 V DC 960 A, do 460 Vdc
Prijenosnik Jednostupanjski Jednostupanjski Parking kočnica Parking kočnica
4.5.3. Bosch
Tvrtka BOSCH razvila je takozvanu “E-axle” pogonsku jedinicu namijenjenu pogonu električnih vozila te hibridnim pogonskim konfiguracijama. Elektromotor, upravljačka elektronika te prijenosnik povezani su zajedno u jedan pogonski sklop. Ovakva konfiguracija značajno olakšava i smanjuje kompleksnost izrade električnih te hibridnih vozila.
Slika 4.20. Bosch pogonska jedinica [39.] U tablici 4.15. prikazane su specifikacije Bosch pogonskog sustava.
Tablica 4.15. Karakteristike Bosch pogonskog sustava [39.]
Izlazna snaga (kW) 50-300
Izlazni moment (Nm) 1000-6000 Nm
Maksimalna brzina vrtnje elektromotora (min-1) 16000
Masa uređaja (kg) 90
Fakultet strojarstva i brodogradnje 60 Marin Antolović Diplomski rad 4.6. Dvostupanjski prijenosnici
Koriste se kako bi se mogao prenijeti određeni moment i brzina vrtnje. 4.6.1. EATON
Tvrtka EATON nudi široki izbor prijenosnika, bilo dvostupanjskih bilo višestupanjskih, za električne konfiguracije vozila, za konfiguracije vozila s motorom s unutarnjim izgaranjem. Na raspolaganju je također i prijenosnik s manualnom ili automatskom promjenom stupnja prijenosa. Eaton prijenosnici namijenjeni su za upotrebu kod komercijalnih vozila te kod autobusa.
Slika 4.21. Eaton prijenosnici [40.] Tablica 4.16. Karakteristike Eaton prijenosnika [40.]
2-stupanjski prijenosnik 4-stupanjski prijenosnik 6-stupanjski prijenosnik
Aluminijsko kućište s Aluminijsko kućište s Lijevano kućište s Sklop čelnicima s kosim zubima čelnicima s kosim zubima čelnicima s kosim zubima
Ukupna duljina 461 418 590 (mm)
Masa uređaja (kg) 81 110 177
Maksimalne 5000 - električna vozila 6000 - 1. brzina ulazne brzine 2800 - hibridna električna 2800 4800 - 2. brzina (min-1) vozila
Maksimalni 1100 1300 1160 moment (Nm)
Najveća masa 18000 18000 27500 vozila (kg)
4.6.2. Hewland prijenosnici
Tvrtka specijalizirana za izradu visoko zahtjevnih prijenosnika kako za trkaća vozila tako i za elektrificirana vozila. Raspon vozila ide od 3,5 tonskih komercijalnih vozila do malih električnih vozila.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 61 Marin Antolović Diplomski rad GEVT-200 prijenosnik za električna vozila koristi se kod visoko zahtjevnih električnih formula. Prirubnica za prihvat elektromotora je standardnih dimenzija što znači da postoji mogućnost prihvata elektromotora raznih proizvođača. Neki od tih proizvođača su Borgwarner HVH 250, AVID AF130, YASA P400 te neki od integralnih pogonskih sklopova.
Slika 4.22. Eaton prijenosnik [41.] Ovaj prijenosnik omogućuje prihvat dva elektromotora i “torque vectoring” opciju, može se koristiti kao reduktor za jedan elektromotor te kao jednostruki ili dvostruki reduktor s diferencijalom kao sastavnim dijelom. Prijenosni omjer kreće se od 3:1 do 9:1 s ugrađenim čelnicima s kosim zubima. 4.7. Diferencijalni prijenosnici
U nastavku su dane specifikacije diferencijalnih prijenosnika dvaju proizvođača. 4.7.1. Dynatrac
Tvrtka Dynatrac proizvodi sklopove pogonskih osovina. Na tržištu postoje sklopovi krutih osovina, a postoji samo i sklop diferencijala koji se može primijeniti kod neovisnog ovjesa. Proizvodi su namijenjeni primjeni kod off-road vozila, sportskih vozila i vojnih vozila. Postoje dva modela diferencijala koji se mogu koristiti kod neovisnog ovjesa, a to su: ProRock XD60-IFS i ProRock80-IFS/IRS.
Slika 4.23. Dynatrac diferencijal [42.] Tablica 4.17. Karakteristike Dynatrack prijenosnih diferencijala [42.]
ProRock XD60-IFS ProRock80-IFS/IRS
Materijal Visokočvrsti nodularni lijev Visokočvrsti nodularni lijev
Fakultet strojarstva i brodogradnje 62 Marin Antolović Diplomski rad Prijenosni omjer 3,54:1 do 5,38:1 -
Širina diferencijala (mm) 348 343
Max. masa vozila (kg) 2950 5000
Promjer tanjurastog zupčanika 248 386 (mm)
Univerzalna prirubnica za prihvat poluosovina
4.7.2. X-Track
Ovaj proizvođač ima u ponudi P1153 diferencijal namijenjen trkaćim automobilima te model P247 koji se može koristiti kao prednji ili stražnji diferencijal kod off-road vozila i sportskih vozila.
Slika 4.24. X-track diferencijali [43.] U tablici 4.18. prikazane su specifikacije P1153 i P247 diferencijala.
Tablica 4.18. Karakteristike X-track diferencijalnih prijenosnika [43.]
P1153 P247
Maks. izlazni moment (Nm) 4,400 4,400
Materijal Aluminijski lijev L169 Aluminijski lijev L169
Prijenosni omjer 3,272:1 Široki raspon prijenosnih omjera
Izlazne prirubnice (mm) Ø100 Lobro Ø100 Lobro ili univerzalni prihvat
Masa (kg) 24 37
4.7.3. Hewland prijenosnik
ED-200 neovisni prijenosnik namijenjen je vozilima visoke opteretivosti kao što su trkaća vozila. Mnogo prihvatnih mjesta omogućuje prihvat na razne načine te na razna mjesta. Unutar samog diferencijala nalazi se uljna pumpa za podmazivanje.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 63 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 4.25. Hewland prijenosnici [44.] Kućište može biti izrađeno od aluminijske ili magnezijske legure. Koristi se kod vozila sa stražnjim pogonom te kod vozila s pogonom na sva 4 kotača. Maksimalni ulazni moment iznosi 1250 Nm, masa samog uređaja iznosi 40 kg, a prijenosni omjeri kreću se od 2,385 do 3,444 [44.]. Iako su ovdje prikazani dijelovi većinom namijenjeni uporabi kod trkaćih vozila, svojom robusnom konstrukcijom i momentom kojeg mogu prenijeti mogu se koristiti i kod izrade minibusa, međutim to nije jeftino rješenje. 4.8. Prijenosnik u glavčini kotača
U ovom poglavlju bit će prikazani planetarni prijenosnici koji se mogu ugraditi u glavčinu kotača i tako omogućiti primjenu pogonskih uređaja manje snage i momenta. 4.8.1. Axle Tech planetarni prijenosnik
Tvrtka AxleTech proizvodi glavčine kotača s planetarnim prijenosom namijenjenih za električne pogonske sustave. Takav sustav ima nisku razinu buke, isporučuje visoku snagu, efikasnost je vrlo visoka i odlikuje ga dugi životni vijek. Glavčina se može kupiti u sklopu s pogonskom osovinom ako imamo krutu osovinu a može se kupiti i kao nezavisni modul za neovisni ovjes. Sustav je projektiran da izdrži minimalno 750 000 kilometara. Planetarni prijenos omogućuje široki raspon prijenosnih omjera.
Slika 4.26. AxleTech planetarni prijenosnik [45.] U tablici 4.19. prikazane su specifikacije AxleTech prijenosnika. Fakultet strojarstva i brodogradnje 64 Marin Antolović Diplomski rad Tablica 4.19. Karakteristike AxleTech prijenosnika [45.]
Max. opterećenje (kg) 7000
Planetarni zupčanici Spiralni
Tip osovine Pogonski
Prijenosni omjer 3,30, 3,56, 4,00, 4,63, 5,60:1
Prihvat kotača 10 vijaka na promjeru 335 mm
Kočnice Zračne disk kočnice ili bubanj kočnice
Najmanja veličina felge (inch) 20
4.8.2. Magna planetarni prijenosnik
Tvrtka Magna proizvela je planetarni prijenosnik u sklopu glavčine kotača za komercijalna vozila te za vojna vozila. Maksimalna dopuštena opteretivost osovine iznosi 5500 kg. Gradnja je modularna tako da se može koristiti i na prednjoj i na stražnjoj osovini.
Slika 4.27. Magna planetarni prijenos [46.] U tablici 4.20. prikazane su specifikacije prijenosnika.
Tablica 4.20. Karakteristike Magna prijenosnika [46.]
Max. opterećenje (kg) 5500
Planetarni zupčanici Čelnici s ravnim zubima
Tip osovine Pogonski
Prijenosni omjer 4,636:1
Prihvat kotača 10 vijaka
Kočnice Zračne disk kočnice
Maksimalna ulazna brzina (min-1) 3200
Masa (kg) 99
Fakultet strojarstva i brodogradnje 65 Marin Antolović Diplomski rad
5. Kinematika ovjesa
Lotus Suspension Analysis je programski alat za konstrukciju i analizu ovjesa. Koristi se i za početni prikaz prihvatnih točaka ovjesa vozila i za konstrukciju i orijentaciju ležajeva ovjesa kako bi se što više približili željenom ponašanju ovjesa. Modeli se kreiraju i prilagođavaju u 3D okruženju. Ovjes vozila se može kreirati mijenjanjem parametara na preddefiniranim konfiguracijama, a može se izraditi i potpuno nova konfiguracija. 5.1. Definiranje minibusa u programskom paketu LSA
Sam model ovjesa prikazan je na slici 5.1. a karakteristike ovjesa prikazane su u tablicama 5.1. i 5.2..
Slika 5.1. Model ovjesa prednje i stražnje osovine u programskom paketu LSA [47.] Tablica 5.1. Vanjske dimenzije modela minibusa Vozilo Najdulja konfiguracija minibusa
Širina vozila, W (mm) 2350
Visina vozila (vrijedi i za prednje i za Od središta kotača do najviše točke vozila stražnje kotače), H (mm) 2400 Od podloge do središta kotača 355
Udaljenost od podloge do podvozja vozila, 320
hv (mm)
Fakultet strojarstva i brodogradnje 66 Marin Antolović Diplomski rad
Međuosovinski razmak, Lm (mm) 5365
Udaljesnot od središta prednjeg kotača do 6105
stražnjeg dijela vozila, L1 (mm)
Položaj težišta vozila (mm) x =2665 y =0
z =711
Ovješena masa, mo (kg) 8500
2 Moment tromosti valjanja, I xx (kgm ) 2000
2 Moment tromosti poniranja, I yy (kgm ) 5000
2 Moment tromosti rotiranja, I zz (kgm ) 5000
Tablica 5.2. Karakteristika ovjesa Vozilo Najdulja konfiguracija minibusa
Međuosovinski razmak, (mm) 5365
Širina traga kotača, T (mm) Prednja osovina 2122 Stražnja osovina 2122
Visina težišta, z (mm) 711
Hod kotača, h (mm) Prednji kotači ± 80 Stražnji kotači ± 80
Hod amortizera, opruge, (mm) Prednji kotači ± 80 Stražnji kotači ± 80
Statički bočni nagib kotača, (°) Prednji kotači 0 Stražnji kotači 0
Statički uzdužni nagib osi zakretanja Prednji kotači 5,26 kotača, (°) Stražnji kotači 0
Statički bočni nagib osi zakretanja kotača, Prednji kotači 12,3 (°) Stražnji kotači 8,24
Fakultet strojarstva i brodogradnje 67 Marin Antolović Diplomski rad U tablici 5.3. prikazane su karakteristike mase, inercije i statičkog poravnanja.
Tablica 5.3. Karakteristika mase, inercije i statičkog poravnanja Pozicija ovjesa Prednji Stražnji
Neovješena masa, mn (kg) 100 100
Moment inercije kotača, I ( kgm2) 0,9 0,9
Bočni nagib kotača, (°) Desni 0 Desni 0
Lijevi 0 Lijevi 0
Usmjerenost kotača, (°) Desni 0 Desni 0 Lijevi 0 Lijevi 0
Karakteristike pneumatika, opruge i prigušivača prikazane su u tablici 5.4..
Tablica 5.4. Karakteristike opružno-prigušnih elemenata Oznaka kotača 215/75 R17.5
Radijus valjanja, rd (mm) 365,60
Širina pneumatika, B (mm) 215
Vertikalna krutost pneumatika, c p (N/mm) 250
Krutost opruga, c (N/mm) 153
Duljina opruga, hL (mm) 300
Ugradbena duljina opruga, hUg (mm) 250
Karakteristika prigušivača, k (Ns/mm) 0,150 Ns/mm
Na sljedećim slikama prikazane su promjene karakterističnih veličina ovjesa s hodom kotača.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 68 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 5.2. Ovisnost bočnog nagiba kotača i hoda kotača
Slika 5.3. Ovisnost konvergencije/divergencije kotača i hoda kotača
Fakultet strojarstva i brodogradnje 69 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 5.4. Ovisnost međuosovinskog razmaka i hoda kotača
Slika 5.5. Ovisnost traga kotača i hoda kotača
Fakultet strojarstva i brodogradnje 70 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 5.6. Ovisnost uzdužnog nagiba osi zakreta kotača i hoda kotača
Slika 5.7. Ovisnost bočnog nagiba osi zakretanja kotača i hoda kotača
Fakultet strojarstva i brodogradnje 71 Marin Antolović Diplomski rad
6. Funkcijska struktura i morfološka matrica
Funkcija proizvoda je apstraktna formulacija zadataka koji se moraju ispuniti pri razvoju proizvoda neovisno o fizičkoj realizaciji rješenja koja će se iskoristiti da bi se ostvario željeni rezultat. Cilj je preslikavanje potreba kupaca u funkcionalni opis. U funkcijskoj dekompoziciji stražnjeg pogonskog modula prikazane su njegove temeljne funkcije odnosno funkcije koje nakon projektiranja i konstruiranja taj pogonski modul mora ispunjavati. Na temelju funkcijske dekompozicije izrađena je morfološka matrica. U njoj je za pojedinu funkciju koju pogonski modul mora moći ispuniti prikazano nekoliko načina na koje je to moguće ostvariti. Na sam pogonski modul postavlja se nekoliko tehničkih zahtjeva koje mora zadovoljiti:
Stupanj korisnosti (baterije, pogonski sustav),
Dimenzije, kompaktna izvedba,
Što manja neovješena masa,
Univerzalnost uporabe,
Radni vijek,
Tipizacija, unifikacija, normizacija,
Zahtjevi razine automatizacije,
Tehnička zaštita i uvjeti rada,
Klimatski uvjeti uporabe,
Mogućnost popravka, zamjene,
Oprema za održavanje i remont,
Jednostavna nabava rezervnih dijelova.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 72 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 6.1. Funkcijska dekompozicija stražnjeg pogonskog modula Funkcijska dekompozicija prikazana na slici 6.1. ne razmatra pogonski sustav vozila.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 73 Marin Antolović Diplomski rad
A) disk kočnice [48.] B) bubanj kočnice [48.]
1.Potrebnu snagu kočenja omogućiti
A) za disk kočnice [48.] b) za bubanj kočnice [48.]
2. Energiju kočenja do kočnica dovesti
B) bubanj kočnice [48.] A) disk kočnice [48.]
3. Prihvat kočnica na pogonsku osovinu omogućiti
B) prirubnica [49.] 4. Omogućiti prijenos energije s pogonskog A) pogonski motor u kotaču motora do pogonske [25.] osovine
B) kardanski prijenos [49.] 5. Mehaničku energiju s pogonskog motora na pogonsku osovinu dovesti
c) prihvat vijcima kod nezavisnog ovjesa B) vijcima vertikalno (bez trećeg elementa) [29.] 6. Prihvat pogonske a) mehanički spoj-s trećim osovine na ovjes elementom omogućiti
Fakultet strojarstva i brodogradnje 74 Marin Antolović Diplomski rad
B) višestupanjski prijenosnik C) prijenosnik u glavčini kotača A) diferencijal [44.] [41.] [45.]
7. Potrebnu brzinu vrtnje i moment ostvariti
+ diferencijal + diferencijal
A) kruti ovjes –poluosovina [49.] b) neovisni ovjes [49.]
8. Potrebnu brzinu kardanski prijenos-križni vrtnje i moment na zglob kuglasti zglob pogonske kotače dovesti
a) vijcima na prirubnicu [29.]
9. Prihvat kotača na
pogonsku osovinu ostvariti
10. Odgovarajuće A) KLIZNI LEŽAJ b) VALJNI LEŽAJ c) LINEARNI LEŽAJ dijelove uležištiti
A) vijcima [29.]
11. Prihvat ovjesa na nosivu konstrukciju B) zavar ostvariti
b) nosači motora c) opruge [51.] A) kotač [50.] d) prigušivač [51.]
12. Buku i vibracije smanjiti
Fakultet strojarstva i brodogradnje 75 Marin Antolović Diplomski rad
a) samoventilirajući disk [48.] b) disk s provrtima za hlađenje
13. Toplinu odvesti
b) litij-ion baterije a) super kondenzatori [12.] c) Ni-MH baterije [12.] [12.]
14. Električnu energiju pohraniti
a) generator [26.] b) stanice za punjenje baterija [52.]
15. Spremnike c) regenerativno (generatorsko) energije puniti kočenje
c) integralni prijenosnik [38.] a) elektromotor [26.] b) elektromotor u glavčini kotača [25.]
16. Električnu energiju u mehaničku pretvoriti
Fakultet strojarstva i brodogradnje 76 Marin Antolović Diplomski rad
7. Ovjes
U ovom poglavlju prikazan je sklop ovjesa, dijelovi ovjesa te je dan proračun nekih od komponenata sustava ovjesa vozila. 7.1. Dijelovi MacPherson opružne noge
Prednosti uporabe MacPherson opružne noge su: mali ugradbeni prostor, jednostavnija izvedba upravljanja, mala masa, nema međusobnog utjecaja jednog kotača na drugi, omogućuje ugradnju pogonskog sustava između kotača, omogućuje korištenje istih dijelova na ovjesu prednje i stražnje osovine. Svi dijelovi ovjesa i upravljanja mogu biti dio istog sklopa.
Slika 7.1. Izgled MacPherson opružne noge u programskom paketu LSA [47.] Na slici 7.2. prikazan je ovjes s MacPherson opružnom nogom koji se ugrađivao u vozila proizvođača Lancia. McPherson noga sastoji se od nosača glavčine kotača 1 i prigušivača (amortizera) 2 koji su međusobno povezana s tri vijka. Donji opružni naslon 3 čvrsto je uhvaćen na vanjsku cijevi i također djeluje kao ublaživač za dopunsku oprugu 4. To okružuje vanjsku cijev 2 dajući veći raspon nosivosti ležaju. Nosivi ležaj 5 postavljen je dijagonalno i time odgovara položaju spiralne opruge koja je pomaknuta radi smanjenja trenja prigušivača. Gumeni ležaj 6 apsorbira sile opruge, a gumeni ležaj 7 apsorbira sile koje nastaju u prigušivaču. Disk 8 djeluje kao tlačni ublaživač, a ploča 9 djeluje kao ublaživač povratnog udarca elastičnog ležaja 7. Oba dijela se počinju sudjelovati u radu ovjesa onda kada sile premaše određene vrijednosti.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 77 Marin Antolović Diplomski rad Središte CV spojnice 10 leži u osi upravljanja, a glavčina kotača 11 uležištena je preko dvorednog kugličnog ležaja. Vodeći zglob 12 uležišten je u konusnom utoru nosača glavčine kotača 1 i pričvršćen je na donju poprečnu vodilicu 13. Elastični kuglični ležajevi omogućuju spajanje stabilizatorske šipke 14. Bočni nagib osi upravljanja σ je kut između uzdužne osi prigušivača i spoja 12.
Slika 7.2. MacPherson opružna noga koja se ugrađivala u vozila proizvođača Lancia [53.] 7.1.1. Vodilice kotača
Vodilice služe za povezivanje kotača s karoserijom, prenose statičke i dinamičke sile. Njima je određena putanja odnosno gibanje kotača. O njihovoj geometriji ovisi ponašanje vozila u vožnji. Prilikom vožnje geometrija kotača se mora što manje mijenjati kako bi bilo što manje trošenje samog pneumatika.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 78 Marin Antolović Diplomski rad 7.1.1.1. Donja poprečna vodilica
Donja poprečna vodilica (oscilirajuće rame) omogućuje vertikalno pomicanje te osigurava uzdužno vođenje kotača. Vodilica ima tri prihvatne točke. Dvije prihvatne točke su na kraku šasije vozila, a jedna je na glavčini kotača. Spojni elementi su zglobne glave, sferni zglobovi te gumeno-metalni blokovi ili tzv. selen-blokovi. Mogu se izrađivati kovanjem, lijevanjem i zavarivanjem. Na slici 7.3. prikazane su neke od izvedbi poprečnih vodilica.
Slika 7.3. Poprečne vodilice [54.] Na slici 7.4. prikazani su 3D modeli lijevane i zavarene izvedbe poprečne vodilice. Iako se često koristi kod autobusa, lijevana izvedba nije isplativa zbog male serije proizvoda, izrada kalupa koštala bi mnogo. Izvedba s cijevima i zavarenim spojevima je mnogo jeftinija i isplativija za male serije proizvoda.
Slika 7.4. Prikaz 3D modela lijevane izvedbe (desno) i zavarene izvedbe s krajnicima (desno) donjeg poprečnog ramena Na krajevima cijevi nalaze se adapteri koji se mogu uprešati u ramena. Na adapter je urezan navoj pomoću kojeg je ostvaren spoj sa sfernim ležajevima.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 79 Marin Antolović Diplomski rad 7.1.1.2. Bočna vodilica
Kod MacPherson ovjesa koji se koristi na prednjoj osovini na bočno prihvatno rame spaja se vodilica za sustav upravljanja vozilom. Kada se MacPherson ovjes koristi na stražnjoj osovini gdje nema upravljanja onda se umjesto vodilice za upravljanje ugrađuje bočna vodilica koja je uhvaćena na šasiju vozila preko selen blokova ili sfernih zglobova, a na prihvatno rame na nosaču kotača učvršćena je preko krajnika ili sfernog zgloba. Krajnik je kuglasti zglob koji omogućuje promjenu duljine vodilice i omogućuje zakretanje, pomicanje kotače gore-dolje.
Slika 7.5. Dijelovi sklopa bočne vodilice [51.] Zglobne glave (sferni zglobovi, krajnici, engl. rod end) spajaju dvije komponente i omogućuju njihovu međusobnu rotaciju oko sve tri osi. Zglobne glave koriste se kod svih tipova ovjesa i vozila, trkaćih, off-road, komercijalnih vozila, kamiona itd. Prema broju dijelova sferni zglobovi se dijele na dvodijelne zglobove i trodijelne zglobove. Dvodijelni se sastoje od kućišta i kugle i koriste se većinom u poljoprivrednim i industrijskim strojevima. Trodijelni zglobovi se sastoje od kućišta, ležaja i kugle. Imaju veću trajnost i nosivost od dvodijelnih zglobova pa se mogu koristiti i kod automobila i kamiona. S obzirom na navoj na prihvatu zgloba, zglobovi mogu biti s vanjskim navojem i s unutarnjim navojem. Na slici 7.6. prikazane su moguće izvedbe krajnika.
Slika 7.6. Moguće izvedbe krajnika bočne vodilice [51.] Fakultet strojarstva i brodogradnje 80 Marin Antolović Diplomski rad Tvrtka FK Rod Ends proizvodi zglobne glave za off-road vozila, trkaća vozila, ali i za konvencionalna vozila. Proizvode široki raspon krajnika, od krajnika bez zglobova do krajnika sa zglobnom glavom, slike 7.7. i 7.8..
Slika 7.7. Prikaz FK Rod Ends dijelova za sklop bočne vodilice [55.]
Gumeno-metalni blokovi ili tzv. selen-blokovi omogućuju gibanje vilice po kružnici, te ublažavaju odnosno sprječavaju prijenos vibracije s kotača na šasiju vozila. Koriste se krajnici tvrtke FK s unutarnjim navojem koji omogućuje regulaciju duljine same donje poprečne vodilice.
Slika 7.8. 3D model FK sfernog ležaja (krajnika) i njegove karakteristike [55.] Na slici 7.9. prikazan je način izvedbe spoja sfernog ležaja (krajnika) sa šasijom.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 81 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 7.9. Spoj sfernog ležaja sa šasijom Druga strana bočne vodilice pričvršćena je na prihvat ovjesa također preko sfernog zgloba. Kućište zgloba koncentrično je postavljeno u otvor na samom nosaču ovjesa te je s dva vijka učvršćen na nosač. Proizvođač zgloba je Trgometal (slika 7.10.).
Slika 7.10. Sklop kuglastog zgloba donjeg poprečnog ramena Na slici 7.11. prikazan je sklop bočne vodilice.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 82 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 7.11. Sklop bočne vodilice ovjesa 7.1.2. Nosač glavčine kotača
Nosač kotača jedan je od najbitnijih dijelova pri povezivanju ovjesa i samog kotača. O njegovoj izvedbi ovisi kinematika ovjesa, gibanje kotača. Nosač glavčine se najčešće izrađuje od čelika ili je lijevan od aluminijske legure. Na sebi ima obrađen prihvat za montažu donje vilice, amortizera, torzijske poluge, bočne vodilice i glavčine kotača. Nosač koji bi se koristio kod minibusa bio bi izrađen od dva dijela koji su međusobno povezani vijcima. Jedan dio koristio bi se za prihvat glavčine kotača i kočnica, a drugi za prihvat ovjesa (bočna vodilica, MacPherson opružna noga, poprečna vodilica) (slika 7.12.).
Slika 7.12. 3D model nosača ovjesa Fakultet strojarstva i brodogradnje 83 Marin Antolović Diplomski rad 7.1.3. MacPherson opružna noga
Opružna noga preuzeta je s prednje strane. Dijelovi i prihvat na nosač ovjesa su ostali isti. Vanjska cijev opružne noge učvrsti se u gornji otvor na nosaču ovjesa, a gornji dio, gdje se nalazi okretište opružne noge, pričvršćen je na šasiju vozila preko elementa prikazanog na slici 7.13..
Slika 7.13. 3D model prihvata opružne noge na šasiju
Slika 7.14. 3D model opružne noge Na slici 7.15. prikazan je 3D model ukupnog sklopa ovjesa.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 84 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 7.15. 3D model ukupnog sklopa ovjesa
Fakultet strojarstva i brodogradnje 85 Marin Antolović Diplomski rad
8. Dijelovi pogonskog sustava
U ovom poglavlju prikazani su odabrani dijelovi pogonskog sustava te njihovi 3D modeli. Prikazan je i proračun nekih od tih dijelova. 8.1. Diferencijal
Kako bi na kotačima bio odgovarajući moment i brzina vrtnje potrebno je između pogonskog elektromotora i kotača ugraditi prijenosnike. Ima mnogo kombinacija i mogućnosti ostvarivanja određenog prijenosnog omjera. U ovom radu korišten je diferencijal i planetarni prijenos u glavčini kotača. Diferencijal se temelji na ProRock80-IFS/IRS čije su karakteristike dane u poglavlju 4.7.1, a prikazan je na slici 8.1..
Slika 8.1. 3D model diferencijala 8.2. Pogonsko vratilo
Pogonsko vratilo (poluosovina) je dio pogonskog sustava vozila kojim se prenosi rotacijsko gibanje i zakretni moment. Također može služiti i kao prijenosni element ili dio prijenosnoga sustava između pogonskog i pogonjenog stroja. Cilindričnog je izgleda, u uzdužnom smjeru može biti konstantnog promjera i stupnjevanog promjera, što ovisi o naprezanjima, ali i o potrebi pričvršćivanja dijelova koji na vratilo prenose okretni moment (remenice, zupčanici…) ili dijelova koji preuzimaju okretni moment. Vratila se izvode kao puna ili cjevasta.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 86 Marin Antolović Diplomski rad Homokinetički zglob je dio pogonskog sklopa pogonskog vratila, koji omogućuje pogonskom vratilu da prenosi okretni moment preko promjenljivog kuta. Okretni moment se prenosi pri konstantnoj brzini vrtnje, bez značajnog porasta u trenju i slobodnom hodu. Uglavnom se koriste na vozilima s prednjim pogonom i s pogonom na sva četiri kotača. Međutim, automobili s pogonom na zadnjim kotačima, s nezavisnim zadnjim ovjesima najčešće koriste homokinetičke zglobove na krajevima zadnjih pogonskih vratila.
Slika 8.2. Dijelovi homokinetičkog zgloba [56.] Tvrtke GKN i NTN Global u ponudi imaju homokinetičke zglobove fiksne izvedbe te izvedbe s mogućnošću aksijalnog pomicanja. Dopušteni kutevi zakreta se kreću između 5° i 25°. Na slici 8.3. dane su dimenzije odabranih homokinetičkih zglobova. Za spoj s diferencijalom ili integriranim pogonskim sustavom odabran je zglob GKN 162 broj 12. Takva izvedba zgloba omogućuje aksijalno pomicanje i zakretanje pogonskog vratila uslijed vertikalnog gibanja kotača. Za spoj s kotačem odabran je zglob GKN 166 broj 12. Zglob je fiksan, što znači da ne dopušta aksijalno pomicanje pogonskog vratila.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 87 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 8.3. Specifikacije odabranih homokinetičkih zglobova [56.] Fakultet strojarstva i brodogradnje 88 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 8.4. Prikaz 3D modela GKN 162 (lijevo) i GKN 166 (desno) homokinetičkog zgloba Prema proizvođaču odgovarajuće vratilo ima na mjestu prihvata s homokinetičkim zglobovima promjer od 26 mm, a nakon toga može biti konstantnog promjera ili promjenjivog promjera.
Slika 8.5. Prikaz 3D modela pogonskog vratila Na slici 8.6. prikazan je sklop pogonskog vratila s homokinetičkim zglobovima.
Slika 8.6. Prikaz 3D modela sklopa pogonskog vratila sa homokinetičkim zglobovima oznake GKN 12 Na slici 8.7. prikazani su kutevi nagiba i pomak pogonskog vratila pri krajnjim položajima kotača i ovjesa. Prema proizvođaču i prema tablici na slici 8.3. dopušteni nagib je 18°, a prema slici 8.7. vidi se da je maksimalni kut nagiba 12,03° pa se može zaključiti da je kut nagiba unutar dopuštene granice zakreta.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 89 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 8.7. Prikaz pogonskog vratila u krajnjim položajima Mjerodavna veličina za proračun vratila je moment torzije T , koji je dinamičkog karaktera.
Naprezanje pri torziji Tv se računa prema izrazu [57.]:
Tv 2 ttdop ,(N/mm). (8.1) Wt
Torzijski moment otpora za puni okrugli presjek se računa prema izrazu [57.]:
3 d Tv 3 WWtp ,(mm ). (8.2) 16 t dop
Kada iz prethodnog izraza izlučimo promjer d dobije se izraz:
16Tv d 3 ,(mm). (8.3) tdop
Dopušteno naprezanje se računa u odnosu na trajnu dinamičku čvrstoću kod torzije Rdt : R dt , (8.4) tdop S
Fakultet strojarstva i brodogradnje 90 Marin Antolović Diplomski rad gdje je S faktor sigurnosti [57.]. On ovisi o opterećenju. Ako je vratilo opterećeno isključivo torzijom onda faktor sigurnosti iznosi između 4 i 6, a ako je opterećeno i torzijom i savijanjem onda iznosi između 10 i 15. Poznate vrijednosti su :
faktor sigurnosti S 4,
za odabrani materijal vratila, čelik za cementiranje 17Cr3, trajna dinamička čvrstoća
2 Rdt 520N/mm prema [57.],
torzija Tv 2000 Nm .
Kada se poznate vrijednosti uvrsti u jednadžbu (8.4), dobije se da dopušteno naprezanje iznosi: 520 130N/mm 2 . (8.5) tdop 4 Vrijednost iz jednadžbe (8.5) i iznos torzije uvrsti se u jednadžbu (8.3) i dobije se potrebni promjer pogonskog vratila: 162000000 d 3 42,8 mm. (8.6) 130
U tablici na slici 8.3. može se vidjeti da za moment od 2350 Nm odgovarajuće vratilo je promjera 26 mm i prema tome, izmodelirao se sklop pogonskog vratila i homokinetičkih zglobova s tim promjerom. Do takve razlike u promjeru moglo je doći zbog uporabe drugačijeg materijala vratila, zbog drugačijeg faktora sigurnosti ili drugačijeg proračuna.
Torzijska krutost glatkog vratila ct računa se prema izrazu: IG c p , (Nmm/rad), (8.7) t l gdje su:
4 I p (mm ) - polarni moment tromosti poprečnog presjeka,
G 81000 N/mm2 - modul smicanja i
l 650 mm - duljina torzijski opterećnog dijela glatkog vratila.
Polarni moment tromosti kružnog poprečnog presjeka računa se prema:
Fakultet strojarstva i brodogradnje 91 Marin Antolović Diplomski rad d 4 I ,(mm),4 (8.8) p 32 gdje je :
d(mm)- promjer vratila.
Nakon uvrštenja vrijednosti promjera vratila u jednadžbu (8.8), dobiva se vrijednost polarnog momenta: 264 I 44863 mm.4 (8.9) p 32 Kada se vrijednosti uvrste u jednadžbu (8.7) dobiva se vrijednost torzijske krutosti: 44863 81000 c 5590620 Nmm/rad5,59 kNm/rad (8.10) t 650 Umjesto pogonskog vratila s homokinetičkim zglobovima može se koristiti kardansko vratilo. Tvrka Elbe Group proizvodi kardanska pogonska vratila s rasponom prijenosnog momenta od 100 Nm do 35000 Nm. Na slici 8.8. dane su dimenzije odabranog kardanskog vratila. Oznaka kardanskog vratila je 0.112.115, a nazivni prijenosni moment je 4350 Nm.
Slika 8.8. ELBE kardansko vratilo Na slici 8.9. prikazan je 3D model odabranog kardanskog vratila.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 92 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 8.9. Kardansko vratilo ELBE 0.112.115 8.3. Sklop kotača
Dijelovi između podloge i prihvata ovjesa: naplatak, pneumatik, nosač kotača, ležajevi, glavina, kočnica te disk kočnica. Naplatak određuje smještaj ostalih komponenata unutar kotača. S obzirom na dimenzije naplatka mogu se odrediti dimenzije planetarnog prijenosa, ako se izrađuje vlastita izvedba, ili se može odabrati kao gotov sklop nekog proizvođača. Neki od kriterija pri odabiru naplatka su: mala masa, visoka čvrstoća, dubina utiskivanja. Veća dubina utiskivanja donosi više prostora za smještaj komponenti. Naplatak je izveden kao dvodijelni, vijenac naplatka i oglavlje međusobno su zavareni.
Slika 8.10. Odabrani naplatak 17.5“ x 6.75“ [58.] U tablici 8.1. prikazane su karakteristike odabranog naplatka.
Tablica 8.1. Karakteristike odabranog naplatka tvtke Jantsa [55.] Proizvođač Jantsa
Promjer naplatka 444,5 mm (17.5“)
Širina naplatka 171,5 mm (6.75“)
Dubina utiskivanja (offset) (mm) 135
Broj vijaka/promjer na kojem se nalazi vijci (mm) 10 / 225
Dopušteno opterećenje (kg) 2750
Fakultet strojarstva i brodogradnje 93 Marin Antolović Diplomski rad Preporučeni ventil na punjenje TR572
Pneumatik se odabire na temelju dimenzija naplatka. Vrsta se odabire na temelju godišnjeg doba u kojem se koriste, ovisno o brzini vozila, maksimalnom opterećenu vozila itd.
Slika 8.11. Continental Conti Hybrid LD3 [50.] U tablici 8.2. prikazane su karakteristike odabranog pneumatika.
Tablica 8.2. Karakteristike odabranog pneumatika tvrtke Continental [50.] Odabrani pneumatik Conti Hybrid LD3 215/75 R17.5
Promjer pneumatika (mm) 767
Širina pneumatika (mm) 228
Indeks brzine M
Indeks nosivosti 126 / 124 Statički radijus (mm) 359
Na slici 8.12. prikazan je sklop pneumatika Conti Hybrid LD3 215/75 R17.5 i naplatka Jantsa 17.5“ x 6.75“.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 94 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 8.12. Prikaz 3D modela sklopa pneumatika i naplatka Planetarni prijenos u glavčini kotača izveden je prema Magna planetarnom prijenosu čije su karakteristike dane u poglavlju 4.5.2, a prikazan je na slici 8.13..
Slika 8.13. Prikaz 3D modela planetarnog prijenosnika u glavčini kotača Kočnica je odabrana iz kataloga proizvođača Wabco. Zračne disk kočnice Wabco MAXX 17 namjenjene su ugradnji u naplatke dimenzije 17.5 “. Mogu se koristiti kod autobusa i lakih komercijalnih vozila.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 95 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 8.14. MAXX 17 zračne disk kočnice [59.] U tablici 8.3. prikazane su karakteristike odabrane kočnice.
Tablica 8.3. Karakteristike odabrane kočnice tvrtke Wabco [59.] Naziv Wabco MAXX 17
Moment kočenja (Nm) 12000
Preporučene dimenzije diska (mm) Ø 330 x 34
Debljina kočnih pločica (mm) 17
Masa (kg) 23
Na slikama 8.15. i 8.16.prikazane su komponente stražnjeg sklopa kotača.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 96 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 8.15. Sklop stražnjeg kotača
Slika 8.16. Komponenete stražnjeg sklopa kotača Na slici 8.17. prikazan je spoj nosača glavčine kotača i nosača ovjesa. Ta dva nosača međusobno su povezana vijcima.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 97 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 8.17. Prikaz sklopa dvaju nosača te prihvatna mjesta ovjesa, glavčine kotača i kočnice
Na slici 8.18. prikazan je sklop kotača i ovjesa.
Slika 8.18. Sklop kotača i ovjesa Fakultet strojarstva i brodogradnje 98 Marin Antolović Diplomski rad
9. Koncepti električne i hibridne izvedbe minibusa
U ovom poglavlju prikazana su tri koncepta električnog i hibridnog minibusa. Svaki koncept ima drukčiji smještaj komponenata pogonskog sustava. Za svaki koncept u tablici su dane karakteristike dijelova. Odabran je jedan koncept koji će se detaljnije razraditi i napraviti tehnička dokumentacija. 9.1. Koncept pogonske jedinice električnog minibusa
U nastavku bit će prikazana jedna od mogućih kombinacija smještaja uređaja namijenjena električnom pogonu vozila. Na temelju podataka vezanih uz pogonski sustav odabrani su uređaji koji se mogu upotrijebiti pri izradi električnog minibusa.
Tablica 9.1. Popis dijelova električnog minibusa Pogonski Siemens [26.] TM4 [28.] elektromotor 1PV5138-4WS24 LSM 200 C-2300 DC-DC Brusa BSC618 [19.] - konverter 125 A, 400-900 V, 24 V DC-AC Brusa DMC534 [19.] Inverter CO200MV [28.] konverter 150 kW, 450 A Brusa NLG664 [19.] Punjač baterija 3x400 V AC/32 A, 400 V DC, 22 - kW Upravljač Rinehartmotion PM 150 DZ [60.] - elektromotora Enerdel PE500-706 baterije [33.] Baterije Enerdel PE350-689 [33.] (veći kapacitet baterija) Prijenos brzine Jednostupanjski prijenosnik + vrtnje i Dvostupanjski mjenjač + diferencijal + planetarni prijenos u okretnog diferencijal kotaču momenta
Fakultet strojarstva i brodogradnje 99 Marin Antolović Diplomski rad Najveće razlike između sklopa električnog minibusa s elementima iz stupca 2 i električnog minibusa s elementima iz stupca 3 je u tome što minibus s elementima iz stupca 3 koristi baterije većeg kapaciteta i planetarni prijenos u kotaču koji zamjenjuje dvostupanjski prijenosnik. Na slici 9.1. prikazan je razmještaj komponenata električnog minibusa prema [9.].
Slika 9.1. Prikaz razmještaja komponenata električnog monibusa (gore) i prikaz smještaja baterija (dolje) [9.] Baterije su smještene u krovu vozila. Neke od prednosti su: mogu se postaviti sjedala i otraga na sam ovjes što znači da je veći ukupan broj sjedećih mjesta, raspodjela masa na prednjoj i stražnjoj osovini je ujednačenija, olakšano je hlađenje baterija, očuvana je niskopodnost.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 100 Marin Antolović Diplomski rad Nedostatak je u tome što se težište pomiče prema gore što znači da vozilo postaje nestabilnije i postoji mogućnost prevrtanja te ako se zadržava ista visina vozila onda je krov niži te je upitan prostor stajanja.. Na slici 9.2. prikazan je 3D model drugog koncepta električnog minibusa. Okretni moment i brzina vrtnje se iz elektromotora preko kandžaste spojke prenosi na jednostupanjski prijenosnik koji je također s kandžastom spojkom spojen s diferencijalom. Iz diferencijala se preko pogonskih vratila moment prenosi na planetarni prijenos u kotaču u kojem se ostvaruje ukupni prijenosni omjer.
Slika 9.2. Prikaz 3D modela električnog minibusa s osnovnim dijelovima Fakultet strojarstva i brodogradnje 101 Marin Antolović Diplomski rad Kod ovakvog razmještaja komponenata također je moguće smjestiti nekoliko sjedala na ovjes, vozilo je stabilnije jer je težište niže, očuvana je niskopodnost minibusa, ima više prostora za stajanje. Težište se pomiče prema stražnjoj osovini te vozilo postaje manje upravljivo i postoji prevjes. 9.2. Koncept pogonske jedinice hibridnog minibusa
Tvrtka TM4 i Cummins na zajedničkom projektu su izradili plug-in serijski hibridni autobus. Sustav se sastoji od: Cummins 2019 B4.5 motora s unutarnjim izgaranjem na kojeg je spojen generator TM4 LSG 130, zatim od TM4 SUMO elektromotora i 111 kWh Li-ion [61.]. Ovdje prikazani koncept hibridnog pogona se temelji na njihovoj izvedbi, međutim neke komponente su promijenjene.
Slika 9.3. Prikaz razmještaja komponenti pogonskog sklopa kojeg su koristili tvrtke TM4 i Cummins kod izrade autobusa [61.] Tablica 9.2. Popis dijelova hibridnog minibusa Motor s unutarnjim izgaranjem - Zapremnina : 4,5 l CUMMINS B4.5 (Stage 5) 2019 [62.] Snaga: 90 - 149 kW Moment: 500 - 784 Nm
TM4 generator LSG 130C [28.] Maksimalni napon: 450 V DC Nazivna snaga: 135 kW Najveći moment: 845 Nm Nazivna brzina vrtnje: 3400 min-1
Fakultet strojarstva i brodogradnje 102 Marin Antolović Diplomski rad TM4 inverter CO150 [28.] Maksimalna izlazna snaga: 150 kW Maksimalna izlazna jakost struje: 575 A Frekvencija: 1,25 kHz Radni napon: 320-450 V DC
Elektromotor LSM 200 C-2300 [28.] WxDxH: 478x452x478 mm Masa: 212 kg Vršna snaga: 200 kW Nazivna snaga: 100 kW Radna brzina vrtnje: 2250 min-1 Nazivni moment: 1100 Nm Vršni moment: 2300 Nm
TM4 inverter CO200 MV [28.] Masa: 22 kg Dimenzije WxDxH: 579x414x125 mm
Enerdel PE500-706 baterije [33.] Kapacitet: 31,0 kWh Dimenzije: 1452x670x398 mm Masa: 318 kg
Najjednostavnija i najčešća izvedba hibridnog pogonskog sustava za autobuse prikazana je na slici 9.4.. Pogonski elektromotor nalazi se koncetrično postavljen u ravnini s diferencijalom i međusobno su povezani kardanskim vratilom. Nedostatak ovakve izvedbe je prevjes.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 103 Marin Antolović Diplomski rad Sklop diferencijal, kardansko vratilo i elektromotor je veoma dugačak te se kod naše izvedbe minibusa ne može koristiti.
Slika 9.4. Konfiguracija hibridnog pogonskog sustava sa koncentrično postavljenim elektromotorom Problem prevjesa bi se mogao riješiti korištenjem kutne pogonske jedinice tvtke Brist Axle. Ona se koristi kod poprečno postavljenog motora.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 104 Marin Antolović Diplomski rad Na slici 9.5. prikazana je izvedba s kandžastom spojkom i kardanskim vratilom kao spojnim elementom između diferencijala i kutne pogonske jedinice.
Slika 9.5. Izvedbe pogonskog sustava sa kutnom pogonskom jedinicom 9.3. Koncept s integriranim pogonskim sustavom
U ovom konceptu koristio bi se visoko integrirani pogonski sustav tvrtki Magna, Bosch ili Continental kao što je prikazano u tablici 9.3.. Sustav se sastoji od elektromotora, diferencijala i elektronike (inverteri, upravljači elektromotora itd). Tvrtka Magna nudi dvije izvedbe. Prva izvedba je koaksijalna izvedba kod koje je diferencijal koaksijalno spojen s rotorom elektromotora preko planetarnog prijenosa. Takva izvedba je manjih dimenzija. Druga izvedba je „offset“ izvedba. Kod nje se pogonski elektromotor sa svojim izlaznim vratilom nalazi iznad diferencijala i pogonskih vratila [63.].
Fakultet strojarstva i brodogradnje 105 Marin Antolović Diplomski rad Tvrtka Continental također razvija integrirani pogonski sustav za električna i plug-in hibridna vozila. Sustav se proizvodi u tri razreda snage, tako da postoji pogonski sustav za manja vozila (50-100 kW), srednja vozila (100-150 kW) i visoko opterećena vozila (150-250 kW) [64.].
Tablica 9.3. Izgled i specifikacije integriranih pogonskih sustava
Veća električna i hibridna vozila
Maks. snaga: 253 kW
Maks. brzina vrtnje: 16500 min-1
Maks. izlazni moment: 5300 Nm
Nazivni napon: 360 V, 960 A, do 460 V DC
Jednostupanjski prijenosnik
Parking kočnica
Manja električna i hibridna vozila
Maks. snaga: 50 kW
Moment elektromotora: 200 Nm
Prijenosni omjer: 1:9,17
Maks. izlazni moment: 1,826 Nm
Brzine vrtnje na kotačima: 0 – 1,400 min-1
Planetarni prijenos
Masa: 47 kg
Snaga: 50 – 250 kW
Moment elektromotora:
190 - 400 Nm
Maks. izlazni moment: 3000 Nm
Brzina vrtnje: 14000 min-1
Prijenosni omjer: 7,5:1 – 12,5:1
Dimenzije: 400x500x320 mm
Masa: 75 kg (razred 2)
Ovakva izvedba se može koristiti i za električnu konfiguraciju i za hibridnu konfiguraciju pogona. Ukoliko bi se koristio čisto električni pogonski sustav, onda bi se mogao koristiti modul 1 u kojem se nalazi ovjes i integrirani pogonski sustav, slika 9.6..
Fakultet strojarstva i brodogradnje 106 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 9.6. Modul sklopa ovjesa i integralnog pogonskog sustava, modul 1 Ukoliko bi se koristio hibridni pogon, onda bi se jednostavno montirao modul 2 koji se sastoji od: motora s unutarnjim izgaranjem, generatora, invertera i ostalih uređaja potrebnih za rad motora s unutarnjim izgaranjem, slika 9.7.. Modul bi se jednostavno s vijcima spojio na donji modul u kojem se nalazi ovjes s kotačima i integrirani pogonski sustav.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 107 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 9.7. Modul sklopa MSUI, generatora i invertera, modul 2 Postojao bi i zasebni modul 3 u koje bi se nalazile baterije određenog ukupnog kapaciteta ovisno o pogonskoj izvedbi koja bi se koristila, slika 9.8..
Fakultet strojarstva i brodogradnje 108 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 9.8. Modul sklopa baterijskog paketa Na slici 9.9. prikazana je jedna od mogućih kombinacija modula. Modul sklopa baterijskog paketa pričvrsti se na stražnjoj strani na ostala dva modula.
Slika 9.9. Konfiguracija s modulom sklopa baterijskog paketa smještenim odostraga Tablica 9.4. Prednosti i nedostaci konfiguracije prikazane na slici 9.9. Prednosti Nedostaci - visina putničkog prostora ostaje - veliki prevjes, produljenje stražnjeg nepromijenjena pogonskog modula - očuvana je niskopodnost - baterije ograničavaju pristup komponentama pogonskog sustava
Fakultet strojarstva i brodogradnje 109 Marin Antolović Diplomski rad - prostor između modula 2 i krova je prazan - ukoliko se pokvari neka komponenta tako da se i tu mogu ugraditi pomoćni pogonskog sustava ili prilikom servisiranja, uređaji potrebni za rad pogonskog sustava najprije je potrebno odvojiti modul s baterijama, a to je gubljenje vremena - težište se pomiče prema stražnjoj osovini, rasterećuje se prednja osovina te vozilo postaje manje upravljivo - problem izvedbe hlađenja komponenata
Na slici 9.10. prikazana je konfiguracija kod koje je modul s baterijskim paketom smješten iznad modula sklopa MSUI, generatora i invertera.
Slika 9.10. Konfiguracija s modulom sklopa baterijskog paketa smještenim na krovu vozila Ukupna visina vozila iznosi 2830 mm što je 100 mm više od početne zadane vrijednosti. Upotrebom baterijskog paketa nekog drugog proizvođača može se smanjiti visina.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 110 Marin Antolović Diplomski rad Tablica 9.5. Prednosti i nedostaci konfiguracije prikazane na slici 9.10. Prednosti Nedostaci
- olakšana izvedba hlađenja baterija - visina putničkog prostora se smanjuje - baterije ne ograničavaju pristup - težište se pomiče prema krovu, vozilo komponentama pogonskog sustava potencijalno nestabilnije - ukoliko se pokvari neka komponenta - olakšana izvedba hlađenja komponenata pogonskog sustava ili prilikom servisiranja, može se direktno raditi ne njoj bez potrebe za micanjem sklopa baterija - težište se u maloj mjeri pomiče prema prednjoj osovini što znači da vozilo postaje upravljivije - mali prevjes, nema produljenja stražnjeg pogonskog modula
Ukoliko se koriste baterije proizvođača Lithium Werks Valence dobije se kompaktnija izvedba manjih dimenzija te se onda takva može ugraditi i otraga i na krov, slika 9.11..
Fakultet strojarstva i brodogradnje 111 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 9.11. Konfiguracija s Valence baterijskim paketom Tablica 9.6. Prednosti i nedostaci konfiguracije prikazane na slici 9.11. Prednosti Nedostaci
- manje dimenzije sklopa baterija, - nedostaci su isti kao i u tablici 9.4. jedino je kompaktnija izvedba zbog kompaktnije izvedbe kraći prevjes - očuvana je niskopodnost - široki raspon konfiguracija sklopa baterija - visina putničkog prostora ostaje nepromijenjena - težište se u manjoj mjeri pomiče prema stražnjoj osovini i prema krovu pa je manji utjecaj na stabilnost i upravljivost
Ako se ugrađuje sklop baterija s manjim kapacitetom onda se baterije mogu složiti drukčije i dobije se kompaktnija izvedba, slika 9.12.. Baterije se ugrade u modul 1 i modul 2. Ako se ugrađuje sklop baterija s manjim ukupnim kapacitetom, onda se one mogu postaviti i na krov. Takva izvedba prikazana je na slici 9.13.. Fakultet strojarstva i brodogradnje 112 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 9.12. Raspodjela Valence baterija po modulu 1 i 2 Tablica 9.7. Prednosti i nedostaci konfiguracije prikazane na slici 9.12. Prednosti Nedostaci - kompaktna izvedba - ne zna se ostaje li dovoljno prostora u - malo prostora zauzima modulima za smještaj ostalih pomoćnih - veliki slobodni prostor između modula 2 i komponenata potrebnih za rad sustava, no kako je prostor između modula 2 i krova krova za smještaj nepogonskih komponenata slobodan mogu se te komponente tu ugraditi - najmanje pomicanje težišta prema stražnjoj - problem hlađenja ovako blizu smještenih osovini i prema krovu - visoka stabilnost i upravljivost vozila komponenata - očuvana niskopodnost i prostor putnika - visoka preglednost nad komponentama pogonskog sustava i ovjesa
Fakultet strojarstva i brodogradnje 113 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 9.13. Modul baterija manjeg kapaciteta smješten na krovu Tablica 9.8. Prednosti i nedostaci konfiguracije prikazane na slici 9.13. Prednosti Nedostaci
- sva tri modula su iste širine i duljine - težište se pomiče prema krovu, vozilo - putnički prostor ostaje nepromijenjen, potencijalno nestabilnije sačuvana je niskopodnost - olakšana izvedba hlađenja komponenata - visoka preglednost nad komponentama pogonskog sustava i ovjesa - ima mjesta za ugradnju ostalih uređaja
Prema prikazanim prednostima i nedostacima, vidljivo je da su konfiguracije prikazane na slikama 9.12. i 9.13. najprihvatljivije. Međutim, zbog toga što se ne zna koliko prostora bi zauzeli dodatni uređaji potrebni za rad sustava, odlučeno je izraditi dokumentaciju za konfiguraciju prikazanu na slici. 9.13..
Fakultet strojarstva i brodogradnje 114 Marin Antolović Diplomski rad
10. ZAKLJUČAK
U ovom radu analizirane su moguće konfiguracije niskopodnih minibusa s električnim ili hibridnim pogonskim sustavom. U sklopu rada pomoću programskog paketa za analizu dinamike analizirano je ponašanje stražnjeg neovisnog MacPherson ovjesa u različitim ispitnim procedurama. Analize su provedene u svrhu određivanja stabilnosti, upravljivosti i udobnosti vožnje. Osim toga, analizirana je i kinematika ovjesa s ciljem dobivanja željenog ponašanja ovjesa pri određenim uvjetima vožnje. Rezultat analize kinematike su jednoznačno određene koordinate svih točaka ovjesa koje su bile podloga u konstrukciji za razradu elemenata ovjesa vozila. Kao rezultat analize dinamike vozila su odabir duljine, mase, opružno-prigušnih karakteristika i položaja težišta minibusa, koji su bili podloga za razradu koncepcija stražnjeg pogonskog modula ili minibusa u cjelini. Osim toga, u analizi dinamike vozila utvrđeni su i iznosi sila za različite slučajeve opterećenja, a koji mogu služiti za analitički ili numerički proračun elemenata ovjesa vozila, elemenata nosive rešetke, prihvata elemenata pogonskog sustava i sl. Na temelju zahtjeva koji se odnose na konstrukciju ovjesa i pogonskog sustava, predložena su moguća koncepcijska rješenja stražnjeg pogonskog modula s konstrukcijski razrađenim dijelovima ovjesa i pogonskog sustava. Pri tome se je nastojalo postići što kompaktnije rješenje stražnjeg pogonskog modula. Također, u zadatku se promatrao razmještaj baterija dvaju proizvođača, s ciljem određivanja najpovoljnijeg u pogledu jednostavnosti izvedbe hlađenja samih baterija i utjecaja tog razmještaja na opterećenje prednje i stražnje osovine. Na temelju prednosti i nedostataka koji su dani za svako koncepcijsko rješenje zasebno, odabran je koncept koji je prikazan na slici 9.13. te je za njega izrađena dokumentacija. Glavna obilježja odabrane koncepcije su: visoka preglednost nad komponentama pogonskog sustava i ovjesa, jednostavna izvedba hlađenja komponenata i kompaktna izvedba.
Fakultet strojarstva i brodogradnje 115 Marin Antolović Diplomski rad
Slika 10.1. Niskopodni minibus
Fakultet strojarstva i brodogradnje 116 Marin Antolović Diplomski rad
LITERATURA
[1.] https://narodne-novine.nn.hr/clanci/sluzbeni/2009_06_74_1771.html [2.] https://www.prometna-zona.com/autobusi/ [3.] https://en.wikipedia.org/wiki/Minibus [4.] Joško Deur, Branimir Škugor, Mihale Cipek; Integration of Electric Vehicles into Energy and Transport Systems; 2015. [5.] https://www.utc.edu/college-engineering-computer-science/research/cete/hybrid.php [6.] Lulić, Ormuž, Šagi, Motorna vozila, predavanja, FSB, Zagreb, 2015/2016 [7.] Programski paket CarSim 8.1 [8.] Vatroslav_Grubusic; Pogonska čvrstoca; Skripta 2004 [9.] Dominik Rukljač, završni rad, Niskopodni električni minibus za javni gradski prijevoz, FSB, 2018 [10.] T.J. Barlow, S. Latham, I.S. McCrae i P.G. Boulter: "A reference book of driving cycles for use in the measurement of road vehicle emmissions", Velika Britanija, lipanj 2009. [11.] https://www.intechopen.com/books/new-generation-of-electric-vehicles/the- application-of-electric-drive-technologies-in-city-buses [12.] http://www.neoplan.se/uploads/files/hybrid_eng.pdf [13.] https://www.mercedes- benz.co.uk/content/unitedkingdom/mpc/mpc_unitedkingdom_website/en/home_mpc/b us/home/new_buses/models/regular_service_busses/citaro_hybrid.html [14.] https://www.volvobuses.co.uk/en-gb/our-offering/buses/volvo-7900-hybrid.html [15.] https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF03224305 [16.] https://www.machinedesign.com/automotive/charged-where-do-electric-vehicle-go- here [17.] https://new.abb.com/ev-charging/ [18.] https://docplayer.net/26316456-Dc-dc-converter-for-hybrid-electric-vehicle-and- ev.html [19.] https://www.brusa.biz/nc/en/products.html
Fakultet strojarstva i brodogradnje 117 Marin Antolović Diplomski rad [20.] https://www.mellor-coachcraft.co.uk/vehicles/orion-e/ [21.] https://www.volvobuses.co.uk/en-gb/our-offering/buses/volvo-7900- electric/specifications.html [22.] https://www.solarisbus.com/en/vehicles/alternative-drives/urbino-electric [23.] https://h2020-orca.eu/news/first-internal-orca-workshop-on-hybrid-electric-vehicles/ [24.] https://www.zf.com/global/media/product_media/busses/product_overview_1/product _overview_axle_transmission_systems.pdf [25.] https://www.ziehl-abegg.com/gb/en/product-range/automotive/axle-drive-module/ [26.] https://www.industry.usa.siemens.com/drives/us/en/electric-drives/hybrid- drives/automotive/Documents/elfa-components-data-sheets.pdf [27.] https://w3.siemens.com/topics/global/de/elektromobilitaet/PublishingImages/antriebe- pkw/pdf/commercial-vehicles-elfa-siemens-en.pdf [28.] https://www.tm4.com/products/ [29.] http://bristaxle.com/wp-content/uploads/2018/09/BRIST_Product- Portfolio_v20180910.pdf [30.] http://www.ads-cz.com/independent_suspension_axles.html [31.] http://cdn.intechopen.com/pdfs/41487/InTech- The_application_of_electric_drive_technologies_in_city_buses.pdf [32.] https://lithiumwerks.com/solutions/motive/ [33.] https://enerdel.com/packs/ [34.] http://www.leclanche.com/markets-solutions/transportation/ [35.] https://www.skeletontech.com/51v-ultracapacitor-module [36.] http://www.hybridrive.com/pdf/bus/ESS-3G-32K.pdf [37.] http://www.xtrac.com/sectors/automotive-engineering/dedicated-hybrid-transmissions [38.] http://electrification.magna.com/pure-electric/ [39.] https://www.bosch-mobility-solutions.com/en/products-and-services/passenger-cars- and-light-commercial-vehicles/powertrain-systems/electric-drive/eaxle/ [40.] http://www.eaton.com/us/en-us/products/transmissions/commercial-vehicle- transmissions.html [41.] https://www.hewland.com/wpcproduct/gevt-200/
Fakultet strojarstva i brodogradnje 118 Marin Antolović Diplomski rad [42.] https://www.dynatrac.com/axle-assemblies/prorock-ifs-and-irs-axles.html [43.] http://www.xtrac.com/sectors/motorsport/touring-car/product/123 [44.] https://www.hewland.com/wpcproduct/ed-200/ [45.] https://www.axletech.com/en/products/electric-solutions/electric-wheel-end [46.] https://www.army-technology.com/products/planetary-wheel-hub-for-55t-axle-load/ [47.] Programski paket Lotus Suspension Analysis V5.01 [48.] https://www.meritor.com/applications/truck [49.] Tehnika motornih vozila, Pučko otvoreno učilište Zagreb, Hrvatska obrtnička komora; Zagreb, travanja 2004 [50.] https://blobs.continental- tires.com/www8/servlet/blob/370368/2d793559a8b2b0010db6dfc196d68249/technica l-data-book-2015-en-data.pdf [51.] Owen C. Duffy, Gus Wright; Fundamentals of Medium/Heavy Duty Commercial Vehicle System; 2016 Jones & Bartlett Learning [52.] https://www.proterra.com/technology/chargers/ [53.] Jornsen Reimpell, Helmut Stoll, Jurgen W. Betzler, Society of Automotive Engineers- The Automotive Chassis, Engineering Principles-SAE International (2001) [54.] https://repozitorij.fpz.unizg.hr/islandora/object/fpz%3A1062/datastream/PDF/view [55.] http://www.fkrodends.com/ [56.] GKN Driveline, Constant Velocity Driveshafts, Edition 2006/2007 [57.] http://www.riteh.uniri.hr/zav_katd_sluz/zvd_kons_stroj/katedre/konstruiranje/kolegiji/ ke1/ke1_materijali_vj/KE1%20www%202012%20Osovine%20i%20vratila.pdf [58.] www.jantsa.com/index.php/en/download [59.] https://www.wabco-auto.com/products/category-type/foundation-brakes/air-disc- brakes/maxx-disc-brakes/maxx17/ [60.] https://www.rinehartmotion.com/standard.html [61.] https://www.greencarcongress.com/2017/05/20170511-tm4.html [62.] https://www.cummins.com/engines/b45-stage-v [63.] https://www.ecoplus.at/media/4357/robert-kremsl.pdf
Fakultet strojarstva i brodogradnje 119 Marin Antolović Diplomski rad [64.] https://www.continental-automotive.com/getattachment/92ebca6e-95f2-48a6-8c87- 036fd6922350/ATZ_EMR3_Highly-integrated-electric-powertrain.pdf
Fakultet strojarstva i brodogradnje 120 Marin Antolović Diplomski rad
PRILOG
I. CD-R disc II. Tehnička dokumentacija
Fakultet strojarstva i brodogradnje 121 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
A
B
C 1 2 3 4 5 6 7 8
A 2559 D 2791 320 B
1701 4715 823 2122 7238 Osnovni podaci E duljina = 7238 mm širina = 2506 mm C visina = 2791 mm visina poda = 320 mm
2506 međuosovinski razmak = 4715 mm sjedećih mjesta = 15 stajaćih mjesta = 7 F ukupno putnika = 22 ukupna površina niskog poda = 10,1 m2 D broj vrata = jednostruka prednja i dvostruka stražnja prednja osovina upravljačka stražnja osovina pogonska stražnji pogonski modul može biti izveden kao električni i serijski hibridni
G Broj naziva - code Datum Ime i prezime Potpis E Projektirao 17.11.2018 Marin Antolović Razradio 17.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb Crtao 17.11.2018 Marin Antolović Pregledao Studij strojarstva Mentor ISO - tolerancije Objekt: Objekt broj: R. N. broj: Napomena: Smjer: Kopija Konstrukcijski Materijal: Masa: 8500 kg DIPLOMSKI RAD HF Naziv: Pozicija: Format: A3 Mjerilo originala Niskopodni minibus Listova: 1 M 1:20 Crtež broj: MA-2018-00 List: 1 Design by CADLab Design by CADLab
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8
A Modul 1 Modul 3
Sklop ovjesa MacPhersonov ovjes
215/75 R17.5 Sklop kotača Jantsa naplatak R17.5 x 6.75 pneumatik Continental Conti Hybrid LD3 B Modul 2
Magna - masa: 99 kg Sklop planetarnog prijenosa - prijenosni omjer: 4,636 : 1 - max. opterećenje osovine: 5500 kg Modul 1 GKN 162, GKN 166 ili kardansko vratilo Pogonsko vratilo ELBE 0.112.115 C Continental integrirani pogonski sustav - masa: 75 kg Pogonski sustav - snaga: 50 - 250 kW - moment: 190 - 400 Nm Modul 2 CUMMINS B4.5 2019 (Stage 5) MSUI - snaga: 90 - 149 kW D - moment: 500 - 784 Nm TM4 LSG 130C Generator - nazivna snaga: 135 kW - nazivna brzina vrtnje: 3400 min-1 TM4 CO 150 Crtež broj Inverter - radni napon: 320 - 450 V DC Poz. Sirove dimenzije Masa - izlazna jakost struje: 575 A Naziv dijela Kom. Norma Materijal Proizvođač Broj naziva - code Datum Ime i prezime Potpis E Projektirao 17.11.2018 Marin Antolović Ostale komponente - Razradio 17.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb Crtao 17.11.2018 Marin Antolović Pregledao Studij strojarstva Modul 3 Mentor ISO - tolerancije Valence U27-24XP Objekt: Objekt broj: Baterije Niskopodni minibus - kapacitet: 71,4 kWh R. N. broj: Napomena: Smjer: Kopija Konstrukcijski Materijal: Masa: 2000 kg DIPLOMSKI RAD F Naziv: Pozicija: Format: A3 Mjerilo originala Stražnji pogonski modul Listova: 2 M 1:20 Crtež broj: MA-2018-00-1 List: 1 Design by CADLab
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
A
1350 1235 599 13 13 75
B 12
305 12
11 11 10 22 M10 21 C 10 25
9 9 1000 20 L DETALJ J MJERILO 1 : 2 8
D K 696 2227 250 5 I 8 J 14 PRESJEK B-B MJERILO 1 : 5 4
E 5
8,24° 4 7 70
926 15 1323 6 120
4,09° D I B B 125 F 3
2
1 PRESJEK I-I MJERILO 1 : 10
D 229 780 G 224 2122 27 Prigušni element 4 LORD 26 Vijak M20x120 4 DIN 931 Vijci Kranjec 2350 25 Podloška M12 8 DIN 433 Vijci Kranjec 24 Matica M12 8 ISO 4033 Vijci Kranjec 2504 86 23 Vijak M12x35 8 DIN 931 Vijci Kranjec 21 Podloška M10 16 DIN 433 Vijci Kranjec 20 Imbus vijak M10x20 8 DIN 7984 Vijci Kranjec H 22 Matica M10 8 ISO 4033 Vijci Kranjec 19 Podloška M20 6 DIN 433 Vijci Kranjec 117 27 18 Matica M20 6 ISO 4033 Vijci Kranjec 90 14 17 Dosjedni vijak M25x90 6 ISO 7379 Vijci Kranjec 16 Podloška M25 6 DIN 433 Vijci Kranjec 15 Kočnica 2 Wabco 23
8 14 Nosač MSUI 4 S355JR 109x88x86 2 16 2338 18 8 86 306x172 13 Baterije 42 x225 Valence 18,6
17 5 I 306 2350x1235x30 12 Okvir modula 3 1 S355JR 5 45 76 8 11 MSUI 1 Cummins M12 10 Generator 1 TM4 13 M20 9 Inverter 1 TM4 21 8 Okvir modula 2 1 MA2018- S355 2350x1235x10 164 19 25 00-1-03 00 91 400x500 12 24 26 7 Pogonski sustav 1 x320 Continental 75 172 J 25 H7/s6 23 27 6 Pogonsko vratilo 2 GKN MA2018- 2350x1235x10 M20 18 5 Okvir modula 1 1 00-1-02 S355JR 99 243 DETALJ F 4 Sklop ovjesa 2 MA2018- 605x456x1083 52 MJERILO 1 : 2 127 00-1-01 DETALJ K 3 Pneumatik 215/75 R17.5 2 Continental 1235 MJERILO 1 : 2 2 Naplatak 17.5"x6.75" 2 Jantsa 88 1 Planetarni prijenos 2 Magna 99 Poz. Crtež broj Sirove dimenzije Naziv dijela Kom. Norma Materijal Proizvođač Masa 6 5 Broj naziva - code Datum Ime i prezime Potpis K 14 Projektirao 17.11.2018 Marin Antolović Razradio 17.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb Crtao 17.11.2018 Marin Antolović 109 Pregledao Studij strojarstva Mentor
208 23 ISO - tolerancije Objekt: Objekt broj: 8 -0.014 Niskopodni minibus 25 H7/s6 -0.048 R. N. broj: Napomena: Smjer: Kopija 27 Konstrukcijski 456 F Materijal: Masa: 2000 kg DIPLOMSKI RAD L Naziv: Pozicija: 4 Format: DETALJ L A1 PRESJEK D-D Mjerilo originala Stražnji pogonski modul MJERILO 1 : 10 MJERILO 1 : 5 Listova: 2 M 1:10 Crtež broj: MA2018-00-1 List: Design by CADLab 2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 161 0 D 90 A
10 9 D 5 M12 6 B 3 1 7 8
280 107 M24 25,4 20 PRESJEK A-A 11 MJERILO 1 : 2 12 C 882 13 30 14 1083
4 M20 70H6/h5 D F 25H7/s6 PRESJEK C-C R35 2 MJERILO 1 : 2 F 19 Matica M14 2 DIN 934 Vijci Kranjec 125 18 Podloška M14 4 DIN 433 Vijci Kranjec 17 Vijak M14x100 2 DIN 931 Vijci Kranjec R64 16 Okretište opružne noge 1 3 204 15 Sigurnosna matica M20 1 DIN 985 Vijci Kranjec 4 14 Dosjedni vijak M25 x 80 1 ISO 7379 Vijci Kranjec 209 E 1 75 13 Matica M20 1 DIN 934 Vijci Kranjec A 519 12 Podloška M20 1 DIN 433 Vijci Kranjec 11 Sferni zglob 1 FK Rod Ends 10 Podloška M12 2 DIN 433 Vijci Kranjec 9 Imbus vijak M12 x 35 2 DIN 7984 Vijci Kranjec 8 Osigurač-šplenta 1 DIN 94 Vijci Kranjec A 7 Krunasta matica M24 1 DIN937 Vijci Kranjec 605 280 6 Podloška M24 1 DIN 433 Vijci Kranjec M24 5 Kuglasti zglob 1 Trgometal 15 F MA2018- AlZn5.5 C 4 Nosač ovjesa 1 00-1-01-03 MgCu 287x158x350 5,2
3 Sklop opružne noge 1 280x882 27,7 57,5 16 MA2018- 2 Sklop bočne vodilice 1 00-1-01-02 70x519 4,2 MA2018- C 3 1 Sklop donjeg ramena 1 00-1-01-01 605x456x70 12,6
230 Poz. Crtež broj Sirove dimenzije PRESJEK D-D Naziv dijela Kom. Norma Materijal Proizvođač Masa G Broj naziva - code Datum Ime i prezime Potpis 3 MJERILO 1 : 5 Projektirao 17.11.2018 Marin Antolović Razradio 17.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb 2 Crtao 17.11.2018 Marin Antolović 456 70 Pregledao Studij strojarstva 17 Mentor 95 ISO - tolerancije Objekt: Objekt broj: +0,032 Niskopodni minibus 100 70 H6/h5 0 R. N. broj: 18 Napomena: Kopija 25 H7/s6 -0,014 Smjer: -0,048 Konstrukcijski
42,4 19 Materijal: Masa: 52 kg DIPLOMSKI RAD H Naziv: Pozicija: Format: A2 Mjerilo originala Sklop ovjesa 4 Listova: PRESJEK F-F M14 1 MJERILO 1 : 2 M 1:10 Crtež broj: List:
Design by CADLab MA2018-00-1-01 1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8
605 104,8 a2 A R35
25 110 38,4 60 1 2 30 30 B 1 2 D 5 2 B 34,4 155 27,4 3 45° DETALJ C a2 a2 DETALJ B MJERILO 2 : 5 MJERILO 2 : 5 a2 8 C 1 a2
45° 7 8 Cijev donjeg ramena 5 1 20MoCr4 42,40x80x4 0,3 7 Cijev donjeg ramena 4 2 20MoCr4 42,40x280x4 0,93 27,4
453 6 Cijev donjeg ramena 3 1 20MoCr4 42,40x453x4 1,6
6 50 5 Sferni zglob 2 FK Rod Ends 1,1 D 160 89 R110 4 Spojna cijev 2 20MoCr4 42,40x110 0,76 3 Cijev donjeg ramena 2 2 20MoCr4 42,40x330x4 1,1 2 2 Cijev donjeg ramena 1 2 20MoCr4 42,40x250x4 0,75 168 C 1 Prihvat na nosač ovjesa 1 20MoCr4 42,40x110 0,8 Poz. Crtež broj Sirove dimenzije Naziv dijela Kom. Norma Materijal Proizvođač Masa 3 4 5 Broj naziva - code Datum Ime i prezime Potpis E Projektirao 17.11.2018 Marin Antolović Razradio 17.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb Crtao 17.11.2018 Marin Antolović Pregledao Studij strojarstva 52 58 Mentor 3 5 ISO - tolerancije Objekt: Objekt broj: 4 Niskopodni minibus R. N. broj: Napomena: Smjer: Kopija Konstrukcijski
M32 Materijal: Masa:12,6 kg DIPLOMSKI RAD F 40 60 Naziv: Pozicija: a2 Format: A3 DETALJ D Mjerilo originala Sklop donjeg ramena 1 MJERILO 2 : 5 Listova: 1 M 1:5 Crtež broj: MA2018-00-1-01-01 List: 1 Design by CADLab
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 519,5 a2 a2
A 1 2 3 2 1
a2
40 34,4 60
M32
1 2 DETALJ A 3 MJERILO 2 : 5
Cijev bočne 3 vodilice 1 20MoCr3 42,4x270x4 1,1 2 Spojna cijev 2 20MoCr3 42,4x110 0,76 1 Sferni zglob 2 FK Rod Ends 1,1
Crtež broj Sirove dimenzije Poz. Naziv dijela Kom. Norma Materijal Proizvođač Masa Datum Ime i prezime Potpis Projektirao 17.11.2018 Marin Antolović Razradio 17.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb Crtao 17.11.2018 Marin Antolović Pregledao
Objekt: Objekt broj: Niskopodni minibus R. N. broj: Napomena: Kopija
Materijal: Masa: 4,2 kg DIPLOMSKI RAD Naziv: Pozicija: Format:A4 Mjerilo originala Sklop bočne vodilice 2 Listova: 1 M 1:5 Crtež broj: MA2018-00-1-01-02 List: 1 Design by CADLab 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 180 ±0,10 Ra 0,4 Ra 0,8 A B 0 A D 125 ±0,01 15 -0,25 70H6 0.01 F A 0.01 D F B Ra 0.8
B 53 ±0,01 80 ±0,10 8.24° ±0,10°. 2,64° ±0,10°
0,02 F 0.01 B 0.01 B 60 ±0,01 C
C 204 ±0,02 0.01 D 281 ±0,20 157 ±0,10 0.01 B 128 ±0,20 0,01 B
230 ±0,10 25 ±0,20 B 0 0 0,05
150 ±0,10 -
14 87 -0,02
C 20 D 72 ±0,01 0,01 B Ra 0.8 M12x1.5 128 C D 60H6 0.01 C 153 B 0,01 C
E PRESJEK B-B 90 ±0,02 MJERILO 1 : 2 161 345 Napomena: Ra 0,8 -Na isti način su izvedena oba utora za vijak za prihvat opružne noge (A i B) F 25H6 Ra 0.4 -Na isti način su izvedene obje navojne rupe 0 0,25
0.01 G - za vijke za prihvat sfernog zgloba(C i D) Ra 0,8 -Sva 4 otvora za prihvat nosača ovjesa izvedena su identično 13 G
G Datum Ime i prezime Potpis A Projektirao 22.11.2018 Marin Antolović Razradio 22.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb Crtao 22.11.2018 Marin Antolović 20 ±0,05 DETALJ C 80 ±0,05 Pregledao MJERILO 1 : 1 0,02 G 0,02 A Objekt: Objekt broj: Niskopodni minibus R. N. broj: Napomena: Kopija
Materijal: AlZn5.5MgCu Masa:5,5 kg H DIPLOMSKI RAD Naziv: Pozicija: Format: A2 DETALJ A Mjerilo originala Nosač ovjesa 4 MJERILO 1 : 1 Listova: 1 M 1:2 Crtež broj: MA2018-00-1-01-03 List:
Design by CADLab 1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8
608 2 1 2 1 200 108 8,24° A 2 320 200 1099
350 B B 2
2350 3 2 3 490
C 370
80 453 1235 400 460 Napomena: Korišteni su pravokutni profili proizvođača Continental Steel. Dimenzije korištenih cijevi (visina x širina x debljina stijenke): D 547 75 x 45 x 3 mm ; 70 x 70 x 4 mm ; 65 x 38 x 3 mm
3 Prihvat vodilice 6 S355JR 91x70x80 0,7 1085 2 Ukruta 16 S355JR 200x200x10 1,8 1514 1 Prihvat opružne noge 2 S355JR 460x370x108 16,2
Poz. Naziv dijela Kom. Crtež broj Materijal Sirove dimenzije Masa 3 Norma Proizvođač Broj naziva - code Datum Ime i prezime Potpis E Projektirao 18.11.2018 Marin Antolović Razradio 18.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb Crtao 18.11.2018 Marin Antolović 354 Pregledao 3 91 ISO - tolerancije Objekt: Objekt broj:
70 Niskopodni minibus R. N. broj: Napomena: Kopija 420
Materijal: Masa: 209 S355JR 243 kg DIPLOMSKI RAD F Naziv: Pozicija: Format: A3 346 Okvir modula 1 3 Mjerilo originala 5 Listova: 1 DETALJ B MJERILO 1 : 10 M 1:20 Crtež broj: MA-2018-00-1-02 List: 1 Design by CADLab Design by CADLab
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8
2 A 2350 1235
1000 B B
2 1 3 1 3
2330 1 586 595 C 3 430 586
Napomena: Korišteni su pravokutni profili proizvođača Continental Steel. Dimenzije korištenih cijevi (visina x širina x debljina stijenke): D A 60 x 40 x 4 mm 403 325 3 Nosač MSUI 2 2 S355JR 151x160x110 2,5 2 Ukruta 8 S355JR 200x200x10 1,8 1 Nosač MSUI 1 2 S355JR 131x160x110 2,2
Poz. Naziv dijela Kom. Crtež broj Materijal Sirove dimenzije Masa 160 3 3 Norma Proizvođač Broj naziva - code Datum Ime i prezime Potpis E 8 Projektirao 18.11.2018 Marin Antolović Razradio 18.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb Crtao 18.11.2018 Marin Antolović 80 Pregledao
13 ISO - tolerancije 123 Objekt: Objekt broj: 30 110
Niskopodni minibus R. N. broj: Napomena: Kopija 73,2
127 Materijal: S355JR Masa: 164 kg DIPLOMSKI RAD F DETALJ B Naziv: Pozicija: DETALJ A MJERILO 1 : 5 Format: A3 Mjerilo originala MJERILO 1 : 5 Okvir modula 2 8 Listova: 1 M 1:20 Crtež broj: MA2018-00-1-03 List: 1 Design by CADLab Design by CADLab
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8 8,24 5 4 3 2 234
A M12
1
B 30 20
204
298 120 87
184 C 3 4 5 M12
160 228 D 345 5 Matica M12 8 DIN 934 Vijci Kranjec 4 Podloška M12 8 DIN 433 Vijci Kranjec 3 Vijak M12x160 4 DIN 939 Vijci Kranjec MA2018-00-1- 2 Nosač ovjesa 1 01-03 AlZn5.5MgCu Vijci Kranjec 5.5 191 MA2018-00-2- 1 Nosač kotača 1 01 AlZn5.5MgCu Vijci Kranjec 2.7 161 Poz. Crtež broj Sirove dimenzije Naziv dijela Kom. Norma Materijal Proizvođač Masa 125 Broj naziva - code Datum Ime i prezime Potpis E Projektirao 20.11.2018 Marin Antolović Razradio 20.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb Crtao 20.11.2018 Marin Antolović Pregledao Studij strojarstva
40 Mentor ISO - tolerancije Objekt: Objekt broj: Niskopodni minibus R. N. broj: 80 Napomena: Smjer: Kopija Konstrukcijski Materijal: Masa: 11 kg DIPLOMSKI RAD F Naziv: Pozicija: Format: A3 Mjerilo originala Sklop nosača kotača i ovjesa Listova: 1 M 1:2 Crtež broj: MA2018-00-2 List: 1 Design by CADLab
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ra 0,4 Ra 0,8
Napomena: A 75,5 ±0,01
125 ±0,02 0,25 0 Sva 4 otvora za prihvat nosača
0,01 B + ovjesa napravljena su identično A 15 80 ±0,2 A 12,20 R15 ±0,05 10,5 ±0,02 10 40 ±0,05 0,02 A B 130 Ra 0,4 R10 C 117 13 0,01 C Ra 0,8 0,01 B 62 10X B 85H6 0 204 ±0,02 231 ±0,05 160 5 -0,05 0,01 B C 140H6 0
0,01 B 30 -0,05 120 ±0,01
B Ra 0,8 72 ±0,01
D 20 160,7 ±0,02 PRESJEK A-A MJERILO 1 : 2 R15 ±0,05 75,5 ±0,01 A
Ra 0,8 0,25 0
+
E 27 ±0,01 12,2 4,3 ±0,01
D 0,3 0
+ Napomena: Gornji prihvat kočnica izveden
12,2 je isto kao i donji F 10,5 ±0,02
0,01 D DETALJ B 25 ±0,01 115 ±0,01 MJERILO 1 : 1 Napomena: Sva skošenja oštrih rubova iznose 2x45 Sva nekotirana zaobljenja oštrih rubova iznose R5
G Datum Ime i prezime Potpis Projektirao 18.11.2018 Marin Antolović Razradio 18.11.2018 Marin Antolović FSB Zagreb Crtao 18.11.2018 Marin Antolović Pregledao
Objekt: Objekt broj: Niskopodni minibus 99 ±0,01 R. N. broj: Napomena: Kopija
Materijal: AlZn5.5MgCu Masa: 2,7 kg DIPLOMSKI RAD H 64 ±0,01 Naziv: Pozicija: Format: A2 Mjerilo originala 10° ±0,10° Nosač kotača 1 Listova: 1 M 1:2 Crtež broj: MA2018-00-2-01 List: 1 Design by CADLab
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100